IDENTIFIKASI DAUN TANAMAN JATI MENGGUNAKAN K-NEAREST NEIGHBOUR DENGAN EKSTRAKSI FITUR CIRI MORFOLOGI DAUN M BANGKIT PRATAMA

(1)

IDENTIFIKASI DAUN TANAMAN JATI MENGGUNAKAN

K-NEAREST NEIGHBOUR DENGAN EKSTRAKSI FITUR

CIRI MORFOLOGI DAUN

M BANGKIT PRATAMA

DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR 2013

(2)

(3)

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN

SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Identifikasi Daun Jati Tanaman Jati Menggunakan K-Nearest Neighbour dengan Ekstraksi Fitur Ciri Morfologi Daun adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor

Bogor, November 2013 M Bangkit Pratama NIM G64104072

(4)

ABSTRAK

M. BANGKIT PRATAMA. Identifikasi Daun Tanaman Jati dengan K-Nearest Neighbour Menggunakan Ekstraksi Fitur Ciri Morfologi Daun. Dibimbing oleh AZIZ KUSTIYO.

Tanaman jati adalah tanaman yang dapat beradaptasi di iklim tropis, sehingga jenis tanaman ini dapat tumbuh baik di Indonesia. Famili dari tanaman jati adalah Lamiaceae yang dapat menghasilkan kayu bernilai ekonomi tinggi. Banyaknya varietas tanaman jati membuat identifikasi tanaman tersebut menjadi sulit. Penelitian ini mengembangkan sistem untuk identifikasi tanaman jati menggunakan ekstraksi ciri morfologi daun. Metode klasifikasi yang digunakan adalah k-nearest neighbor (KNN). Data yang digunakan pada penelitian ini adalah 6 jenis varietas jati. Pembagian data latih dan data uji menggunakan k-fold cross validation dengan nilai k=5. Akurasi rata-rata terbaik yang dihasilkan adalah 73.33%.

Kata kunci : K-Nearest Neighbour, Morfologi Daun, Tanaman Jati

ABSTRACT

M. BANGKIT PRATAMA. Identification of Teak Leaf Using K-Nearest Neighbour with Leaf Morphology Feature Extraction. Supervised by AZIZ KUSTIYO.

The ability of teak plantation to adapt in tropical climate makes this plantation grows well in Indonesia. Teak plantation belongs to Lamiacae and it has a high economic value. The existence of various teak varietas becomes a challenge in teak identification. This research developed a teak identification system using its leaf morphology feature extraction. K-nearest neighbor (KNN) was used as the classification method. Six teak varieties were used as the data. The testing data and training data were divided by k-fold cross validation with k=5. The best average accuracy was 73.33%.

(5)

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Komputer

pada

Departemen Ilmu Komputer

IDENTIFIKASI DAUN TANAMAN JATI MENGGUNAKAN

K-NEAREST NEIGHBOUR DENGAN EKSTRAKSI FITUR

CIRI MORFOLOGI DAUN

M BANGKIT PRATAMA

DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR 2013

(6)

Penguji:

1 Musthafa, SKom MSc 2 Ir Julio Adisantoso, MKom

(7)

Judul Skripsi : Identifikasi Daun Tanaman Jati Menggunakan K-Nearest Neighbour dengan Ekstraksi Fitur Ciri Morfologi Daun

Nama : M. Bangkit Pratama

NIM : G64104072

Disetujui oleh

Aziz Kustiyo, SSi MKom Pembimbing

Diketahui oleh

Dr Ir Agus Buono, MSi MKom Ketua Departemen

(8)

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul yang dipilih dalam penelitian dilaksanakan sejak bulan September 2012. Topik penelitian ini adalah Identifikasi Daun Jati dengan K-Nearest Neighbour Menggunakan Ekstraksi Ciri Morfologi Daun.

Terima kasih penulis ucapkan kepada seluruh pihak yang telah membantu penelitian ini:

1 Ayahanda H Saprudin, SH dan Ibunda Hj Ir Tety Suciaty, MP, serta adik Tysya Aulia Binangkityang telah membantu doa dan semangatnya untuk terus mengerjakan penelitian ini.

2 Bapak Aziz Kustiyo, SSi MKom, selaku dosen pembimbing yang telah banyak memberikan arahan, ide, dan saran untuk penelirian ini.

3 Bapak Musthafa, SKom, MSc dan Ir Julio Adisantoso, MKom, yang telah bersedia menjadi dosen penguji.

4 Rekan mahasiswa: Annisa Aulia, Rizkina Muhammad Syam, R. Ahmad Somadi serta teman-teman ilkom angkatan 5 alih jenis yang telah bersama selama 2,5 tahun.

5 Rekan satu bimbingan: Asep Haryono, Ilvi Nurrizki Utami, Cory Diana Lestari, yang telah memberikan arahan serta saran selama bimbingan besama. 6 Semua pihak yang telah membantu terima kasih yang belum disebutkan disini.

Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi pihak yang membutuhkan.

Bogor, November 2013 M. Bangkit Pratama

(9)

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL vi DAFTAR GAMBAR vi DAFTAR LAMPIRAN vi DAFTAR TABEL iv PENDAHULUAN 1 Tujuan Penelitian 1 Manfaat Penelitian 1

Ruang Lingkup Penelitian 2

TINJAUAN PUSTAKA 2 Jati 2 Citra Digital 2 Confusion Matrix 3 METODE 4 Citra Daun 4 Praproses Data 5

Ekstraksi Ciri Morfologi 6

K-Fold Cross Validation 10

Klasifikasi KNN 11

Evaluasi 11

Lingkungan Pengembangan 11

HASIL DAN PEMBAHASAN 12

Citra Daun 12

Ekstraksi Ciri 12

Klasifikasi KNN 12

Perbandingan Dengan Penelitian Sebelumnya 15

SIMPULAN DAN SARAN 15

Simpulan 15

Saran 15

DAFTAR PUSTAKA 16

(10)

DAFTAR TABEL

1 Akurasi rata-rata 6 fitur (%) 13

2 Confusion matrix percobaan 6 fitur k=1 13

3 Akurasi rata-rata 17 fitur (%) 13

4 Confusion matrix rata-rata 17 fitur k=1 14

5 Perbandingan akurasi dengan penelitian sebelumnya 15

DAFTAR GAMBAR

1 Perbandingan gradasi warna 1 bit, 2 bit, 5 bit, 6 bit, 7 bit, dan 8 bit 3

2 Metode penelitian 4

3 Contoh masing-masing varietas daun jati yang tepat teridentifikasi 5

4 Alur proses citra 5

5 Alur proses RGB ke grayscale 5

6 Citra masukan untuk ektraksi fitur morfologi 6

7 Contoh ilustrasi ekstraksi fitur ciri morfologi area daun. 6 8 Contoh ilustrasi ekstraksi fitur ciri morfologi perimeter daun. 7 9 Contoh ilustrasi ekstraksi fitur ciri morfologi diameter daun. 7 10 Contoh ilustrasi ekstraksi fitur ciri morfologi panjang daun Error!

Bookmark not defined.

11 Contoh ilustrasi ekstraksi fitur ciri morfologi lebar daun 8

12 Aspect ratio 8

13 Akurasi antara 6 fitur dan 17 fitur 14

DAFTAR LAMPIRAN

1 Hasil perhitungan morfologi sebelum dilakukan normalisasi 17 2 Hasil perhitungan morfologi setelah dilakukan normalisasi 17

3 Confusion matrix 6 fitur k=3 17

9 Boxplot untuk setiap fitur ciri morfologi daun 19

(11)

PENDAHULUAN

Indonesia merupakan salah satu negara beriklim tropis. Kawasan beriklim tropis mempunyai potensi yang cukup besar untuk mengembangkan produk-produk kehutanan. Salah satu produk-produk kehutanan yang dapat dikembangkan adalah tanaman jati yang mempunyai nama latin Tectona grandis Linn F. Tanaman jati secara alamiah banyak dijumpai di negara-negara asia selatan dan asia tenggara, yaitu Burma, Thailand, Laos, dan Indonesia. Ratusan species tanaman jati terbesar di seluruh Indonesia, baik jati unggul maupun jati biasa. Banyaknya spesies tanaman jati yang ada menyebabkan kesulitan dalam mengenal jenis tanaman jati yang satu dengan yang lainnya. Untuk mengetahui setiap jenis tanaman jati yang ada dibutuhkan pengalaman dan pengetahuan yang cukup lama. Oleh karena itu, perlu dikembangkan suatu sistem identifikasi tanaman jati.

Penelitian sebelumnya yang pernah dilakukan adalah Asanurjaya (2012). Penelitian tersebut dilakukan identifikasi dengan objek yang sama namun klasifikasi menggunakan probabilistic neural network (PNN) berdasakarkan 6 ciri morfologi, dan pada penelitian tersebut diperoleh akurasi sebesar 77.50%. Penelitian terkait selanjutnya yang pernah dilakukan adalah Nurjayanti (2011). Pada penelitian tersebut dilakukan klasifikasi 5 species shorea menggunakan k-nearest neighbour (KNN) berdasarkan 10 ciri morfologi dan pada penelitian tersebut diperoleh akurasi sebesar 100.00%.

Model identifikasi daun jati yang akan dikembangkan dapat digunakan untuk mengenal daun jati. Identifikasi ini dilakukan agar tidak menyebabkan kesalahan pemilihan kayu yang tidak tepat dan mengurangi pertumbuhan jenis kayu dengan sifat-sifat yang tidak diinginkan. Sifat-sifat itu misalnya kualitas kayu yang rendah, pertumbuhan lambat, tajuk lebar yang jarang mencapai ukuran kayu, atau jenis pilihan yang tidak cocok untuk kondisi tanah tertentu.

Pada penelitian ini akan dilakukan pada objek daun jati dengan ekstraksi ciri morfologi daun menggunakan k-nearest neighbour classifier. Ciri morfologi daun digunakan sebagai pengolahan citra daun yang dapat mengekstraksi fitur dari daun dan mereduksi dimensi citra tanpa menghilangkan fitur-fitur penting dalam citra tersebut. Diharapkan dengan metode yang berbeda bisa menghasilkan akurasi lebih baik dibandingkan dengan penelitian sebelumnya dengan objek yang sama.

Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menerapkan algoritma KNN dan mengimplementasikan teknik ekstraksi fitur ciri morfologi daun dalam mengidentifikasi tanaman jati, serta mengetahui tingkat akurasi dari proses identifikasi tersebut.

Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah membantu identifikasi daun tanaman jati (Tectona grandis Linn F) sehingga mudah untuk mengenali jenis atau varietas daun Jati.

(12)

2

Ruang Lingkup Penelitian

Untuk memfokuskan penelitian, ditentukan beberapa batasan masalah/ruang lingkup yaitu sebagai berikut:

1 Jenis tanaman jati yang digunakan adalah tanaman jati Biotrop, jati Emas, jati Jobika, jati Muna, jati Prima, dan jati Super.

2 Data citra tanaman jati diambil pada umur 3-4 bulan.

3 Menggunakan ekstraksi fitur berdasarkan ciri morfologi daun.

TINJAUAN PUSTAKA

Jati

Pohon besar yang menggugurkan daun. Pada kondisi baik, tinggi dapat mencapai 30 – 40 m. Pada habitat kering, pertumbuhan menjadi terhambat, cabang lebih banyak, melebar dan membentuk semak. Pada tapak bagus, batang bebas cabang 15 – 20 m atau lebih, percabangan kurang dan rimbun. Pohon tua sering beralur dan berbanir. Kulit batang tebal, abu atau coklat muda ke abu-abuan. Daun lebar, panjang 25 – 50 cm, lebar 15 – 35 cm, letak daun bersilangan, bentuk elips atau bulat telur. Bagian bawah abu-abu, tertutup bulu berkelenjar warna merah. Ukuran bunga kecil, diameter 6 – 8 mm, keputih-putihan dan berkelamin ganda terdiri benangsari dan putik yang terangkai dalam tandan besar. Jumlah kuncup bunga 800 – 3.800 per tandan, bunga mekar dalam waktu 2 - 4 minggu (Rachmawati 2002).

Areal penyebaran alaminya terdapat di India, Myanmar, Thailand dan bagian barat Laos.Batas utara pada garis 250 LU di Myanmar, batas selatan pada garis 90 LU di India. Jati tersebar pada garis 700 – 1000 BT. Penyebarannya ternyata terputus-putus. Hutan jati terpisah oleh pegunungan, tanah-tanah datar, tanah-tanah pertanian dan tipe hutan lainnya. Di Indonesia, jati bukan tanaman asli, tetapi sudah tumbuh sejak beberapa abad lalu di Pulau Kangean, Muna, Sumbawa dan Jawa (Rachmawati 2002).

Citra Digital

Menurut (Sutoyo et al. 2009) banyak cara untuk menyimpan citra di dalam memori. Cara penyimpanan menentukan jenis citra digital yang terbentuk. Beberapa jenis citra digital yang sering digunakan adalah citra biner, citra grayscale, dan citra warna.

1 Citra biner

Banyaknya warna dalam citra biner ada 2, yaitu hitam dan putih. Membutuhkan 1 bit di memori untuk menyimpan kedua warna ini.

2 Citra grayscale

Banyaknya warna tergantung jumlah bit yang disediakan di memori untuk menampung kebutuhan warna. Semakin besar jumlah bit warna yang disediakan di memori, semakin halus gradasi warna yang terbentuk.

(13)

3

Gambar 1 Perbandingan gradasi warna 1 bit, 2 bit, 5 bit, 6 bit, 7 bit, dan 8 bit Gambar 1 menunjukan perbandingan citra skala kebuan yang ditampilkan di monitor dengan gradasi warna yang berbeda-beda, yaitu 256, 128, 64, 32, 8, 4, dan 2 warna. Perbandingan ini bisa dikatakan bahwa semakin besar tingkat gradasi warna yang digunakan, semakin halus warna citra yang ditampilkan di monitor.

3 Citra warna

Setiap pixel pada citra warna mewakili warna yang merupakan kombinasi dari tiga warna dasar (RGB = red green blue). Setiap warna dasar menggunakan penyimpanan 8 bit = 1 byte, yang berarti setiap warna mempunyai gradasi sebanyak 255 warna. Berarti setiap pixel mempunyai kombinasi warna sebanyak 28.28.28 = 224 = 16 juta warna lebih. Itulah sebabnya format ini dinamakan true color karena mempunyai jumlah warna yang cukup besar sehingga bias dikatakan hamper mencakup semua warna di alam. Penyimpanan citra true color di dalam memori berbeda dengan citra grayscale. Setiap pixel dari citra grayscale 256 gradasi warna diwakili oleh 1 byte, sedangkan 1 pixel citra true color diwakili oleh 3 byte, dimana masing-masing byte mempresentasikan warna merah, hijau, dan biru.

Confusion Matrix

Confusion matrix merupakan sebuah tabel yang terdiri dari banyaknya baris data uji yang diprediksi benar dan tidak benar oleh model klasifikasi.Tabel ini diperlukan untuk menentukan kinerja suatu model klasifikasi (Tan et al. 2006).

(14)

4

METODE

Pada penelitian ini dilakukan dengan beberapa tahapan. Ilustrasi tahapan proses penelitian disajikan pada Gambar 2.

Gambar 2 Metode penelitian Citra Daun

Citra Daun yang digunakan pada penelitian ini didapat dari penelitian sebelumnya (Asunarjaya 2012). Citra daun yang digunakan adalah daun daun jati 6 varietas. Satu varietas diwakili dengan 20 citra, sehingga total citra ada sebanyak 120 citra. Citra yang digunakan berukuran 1200×2300 pixel. Citra yang digunakan pada penelitian ini adalah citra daun tanaman jati yang sample-nya diambil dari laboratorium kultur jaringan SEAMEO BIOTROP Bogor.

Dalam pengambilan citra, daun tanaman jati dipilah-pilah dan diambil yang kualitas daunnya terlihat baik dalam hal bentuk daun yang utuh dan struktur daun yang jelas. Contoh masing-masing varietas daun jati disajikan pada Gambar 3.

Mulai

Praproses Data Citra Daun

Ekstraksi Ciri Morfologi

Data Latih Data Uji

Klasifikasi KNN

Selesai

K-Fold cross validation

(15)

5

Gambar 3 Contoh masing-masing varietas daun jati yang tepat teridentifikasi

Praproses Data

Tahapan praproses data dilakukan perubahan warna pada latar belakang. Latar belakang yang sebelumnya berwarna, kemudian dihilangkan. Ilustrasi bisa dilihat di Gambar 4.

Setelah dilakukan perubahan warna pada latar belakang, yang dilakukan selanjutnya yaitu akan mengubah citra yang awalnya RGB menjadi grayscale. Untuk mengubah RGB ke grayscale menggunakan rumus (The MathWorks 2008)

A = 0.2989 × R + 0.5870 × G + 0.1140 × B dengan:

A : Nilai itensitas keabuan R : Nilai komponen merah G : Nilai komponen hijau B : Nilai komponen biru

Ilustrasi perubahan citra dapat dilihat di Gambar 5. Proses selanjutnya adalah mengubah citra grayscale ke biner dengan menggunakan threshold. Untuk mendapatkan threshold dilakukan dengan mencoba beberapa nilai dan nilai optimal yang diperoleh sebesar 0.75. Nilai threshold ini berlaku untuk semua citra daun. Nilai threshold merupakan suatu nilai yang memisahkan piksel antara

Citra RGB Citra hasil akuisisi latar belakang

Citra RGB Citra grayscale Citra jati biotrop _{Citra jati emas} Citra jati jobika

Citra jati muna _{Citra jati prima} _{Citra jati super}

Gambar 4 Alur proses citra Gambar 5 Alur proses RGB ke grayscale

(16)

6

piksel objek dengan piksel latar belakang citra. Ilustrasi dapat dilihat di Gambar 6.

Gambar 6 Citra masukan untuk ektraksi fitur morfologi Ekstraksi Ciri Morfologi

Menurut Wu et al (2007) ekstraksi morfologi terdiri atas 2 ciri yaitu ciri dasar dan turunan. Tahap awal ekstraksi adalah mendapatkan ciri-ciri morfoloagi daun. Ciri dasar yang digunakan pada penelitian ini adalah diameter, area, perimeter/keliling, panjang, dan lebar daun. Lima ciri dasar tersebut dapat dikombinasikan sehingga mendapatkan empat ciri turunan dianataranya smooth factor, form factor, perimeter ratio of diameter, perimeter ratio of physiological length and physiological width. Empat ciri turunan itu dikembangkan kembali menjadi 8 ciri turunan diantaranya aspect ratio, rectangularity, narrow factor, dan 5vein features. Informasi ciri ini direpresentasikan sebagai sebuah vektor dengan tujuh belas elemen, fitur elemen itu adalah:

1 Area

Area daun dilambangkan dengan A dihitung berdasarkan jumlah piksel berada di dalam tepi daun. Ilustrasi proses ekstraksi fitur ciri morfologi area daun direpresentasikan seperti yang terlihat pada Gambar 7 (Asanurjaya 2012).

2 Perimeter

Perimeter daun dilambangkan dengan P dihitung berdasarkan jumlah piksel yang berada pada tepi daun. Proses untuk menghasilkan tepi-tepi dari citra daun, menggunakan metode deteksi tepi (edge detection) Sobel (Sutoyo T et al 2009). Adapun operator yang digunakan adalah sebagai berikut.

Matriks citra Citra biner morfologi yang

telah diinvers area

Gambar 7 Contoh ilustrasi ekstraksi fitur ciri morfologi area daun. Citra grayscale Citra biner

(17)

7 Sx = [ ] Sy = [ ]

Ilustrasi proses ekstraksi fitur ciri morfologi perimeter daun direpresentasikan seperti yang terlihat pada Gambar 8 (Asanurjaya 2012).

3 Diameter

Diameter dilambangkan dengan D merupakan titik terjauh di antara dua titik dari batas daun. Proses untuk menghasilkan diameter dari citra daun menggunakan rumus Phytagoras. Ilustrasi proses ekstraksi fitur ciri morfologi diameter daun direpresentasikan seperti yang terlihat pada Gambar 9 (Asanurjaya 2012).

4 Panjang dan lebar

Panjang fisik dilambangkan dengan Lp merupakan jarak dua titik pangkal daun. Ilustrasi proses ekstraksi fitur ciri morfologi diameter daun direpresentasikan seperti yang terlihat pada Gambar 10. Lebar fisik dilambangkan dengan Wp dihitung berdasarkan panjang garis terpanjang yang memotong garis panjang fisik secara ortogonal. Ilustrasi proses ekstraksi ciri morfologi daun direpresentasikan seperti yang terlihat pada Gambar 11.

Gambar 9 Contoh ilustrasi ekstraksi fitur ciri morfologi diameter daun. Citra biner morfologi

perimeter

Masukan fitur ciri morfologi diameter Matriks citra

Citra grayscale Citra biner morfologi perimeter (edge detection)

Gambar 8 Contoh ilustrasi ekstraksi fitur ciri morfologi perimeter daun.

(18)

8

5 Smooth factor

Smooth factor adalah rasio antara area citra helai daun yang dihaluskan dengan 5×5 rectangular averaging filter dan area citra helai daun yang dihaluskan dengan 2×2 rectangular averaging filter. Ciri ini untuk mengukur keteraturan tepi daun. Semakin teratur tepi daun, nilainya semakin mendekati 1. Sebaliknya, semakin tidak teratur tepi daun, nilainya semakin mendekati 0.

6 Aspect ratio

Aspect ratio adalah rasio antara physiological length (Lp) dan physiological width (Wp). Persamaannya dapat dilihat pada Persamaan 1 (Nurfadhilah 2011).

s ect ati

Fungsi ciri ini untuk memperkirakan bentuk helai daun. Jika benilai kurang dari 1 maka bentuk helai daun tersebut melebar. Jika benilai lebih dari 1 maka bentuk helai daun tersebut memanjang.

Gambar 12 Aspect ratio 7 Form factor

Form factor merupakan fitur yang digunakan untuk mendeskripsikan bentuk dari daun dan mengetahui seberapa bundar bentuk helai daun tersebut. Nilai form factor dapat dilihat pada Persamaan 2 (Nurfadhilah 2011). fact dengan:

A : Area P : Perimeter

Gambar 10 Contoh ilustrasi ekstraksi

fitur ciri morfologi panjang daun

Gambar 11 Contoh ilustrasi ekstraksi fitur ciri morfologi lebar daun

(19)

9

8 Rectangularity

Rectangularity mendeskripsikan seberapa perseginya permukaan daun. Rumusnya diberikan pada Persamaan 3 (Nurfadhilah 2011).

ectangula it dengan: Lp : Panjang Wp : Lebar A : Area 9 Narrow factor

Narrow factor didefinisikan sebagai rasio antara diameter (D) dan physiological length (Lp). Ciri ini untuk menentukan apakah bentuk helai daun tersebut tergolong simetri atau asimetri. Jika helai daun tersebut tergolong simetri maka benilai 1. Jika asimetri maka bernilai lebih dari 1. Nilainya dapat dicari menggunakan Persamaan 4 (Nurfadhilah 2011).

a w fact

10 Perimeter ratio of diameter

Perimeter ratio of diameter yaitu untuk mengukur seberapa lonjong daun tersebut. Persamaannya dapat dilihat pada Persamaan 5 (Nurfadhilah 2011).

e i ete ati f dia ate

dengan:

P : Perimeter D : Diameter

11 Perimeter ratio of physiological lengthand physiological width

Perimeter ratio of physiological lengthand physiological width. Rumusnya diberikan pada Persamaan 6.

e i ete ati f h sil gical length and h si l gical width

dengan:

P : Perimeter Lp : Panjang Wp : Lebar

(20)

10

12 Vein features. Persamaannya dapat dilihat pada Persamaan 7, 8, 9, 10 dan 11. Untuk mendapatkan nilai radius masing-masing piksel (Av) menggunakan

fungsi morfologi opening.

a. Rasio antara area helai daun yang telah dikurangi disk-shaped structuring element dengan radius satu piksel (Av1) dan area daun awal

(A). Rumusnya menggunakan Persamaan 7.

ein featu es v

Contoh hasil dari opening dengan menggunakan 1 piksel dilihat pada Lampiran 10.

b. Rasio antara area helai daun yang telah dikurangi disk-shaped structuring element dengan radius dua piksel (Av2) dan area daun awal

(A). Persamaannya seperti tercantum di bawah ini.

ein featu es v

c. Rasio antara area helai daun yang telah dikurangi disk-shaped structuring element dengan radius tiga piksel (Av3) dan area daun awal

(A). Untuk menghitungnya menggunakan Persamaan 9.

ein featu es v

d. Rasio antara area helai daun yang telah dikurangi disk-shaped structuring element dengan radius empat piksel (Av4) dan area daun awal

(A). Persamaan 10 di bawah ini merupakan persamaan yang digunakan. ein featu es v

e. Rasio antara area helai daun yang telah dikurangi disk-shaped structuring element dengan radius empat piksel (Av4) dan area helai daun

yang telah dikurangi disk-shaped structuring element dengan radius satu piksel (Av1). Persamaannya dapat dilihat pada Persamaan 11.

ein featu es v

v

K-Fold Cross Validation

Data citra daun Jati dibagi menjadi 2 bagian yaitu data latih dan data uji. Data latih digunakan untuk melakukan klasifikasi menggunakan k-nearest neighbour, sedangkan data uji digunakan untuk melakukan pengujian klasifikasi. Penelitian ini menggunakan 6 jenis citra daun Jati, masing-masing terdiri atas 20 data citra. Total 120 data citra daun Jati, 96 data digunakan sebagai data latih dan 24 data digunakan sebagai data uji. Data latih dan data uji akan disusun menggunakan k-fold cross validation. Banyaknya data yang diperoleh sebanyak 120 data maka data disusun menjadi 5 fold. Pada kombinasi ini data dibagi

(21)

11 menjadi 5 subset (S1,S2,S3,S4,S5). Pelatihan dan pengujian dilakukan sebanyak k kali.Iterasi ke-i subset S1 diperlakukan sebagai data pengujian dan subset lainnya sebagai data pelatihan. Tingkat akurasi dihitung dengan membagi jumlah keseluruhan klasifikasi yang benar dengan jumlah semua instance pada data awal (Han dan Kamber 2001).

Klasifikasi KNN

Penelitian ini klasifikasi yang akan digunakan dengan teknik K-Nearest Neighbour. Teknik K-Nearest Neighbour mencari jarak terdekat antara data yang akan dievaluasi dengan k tetangga (neighbour) terdekatnya dalam data pelatihan. Hasil klasifikasi ini diukur menggunakan tingkat akurasi dari data citra yang diuji dan diamati. Nilai k yang akan dicobakan pada penelitian ini adalah 1, 3, 5, dan 7. Pada percobaan ini juga mencobakan beberapa inputan fitur dengan 2 jenis kombinasi inputan fitur. Percobaan 1 dengan fitur 6 ciri morfologi, dan percobaan 2 dengan 17 fitur ciri morfologi. Jika ada sebuah data uji maka akan dihitung kedekatan titik data lainnya pada data latih untuk diklasifikasikan dengan ukuran jarak yang umumnya menggunakan metode Euclidean distance (Han dan Kamber 2001).

( ) √∑ ( )

Evaluasi

Kinerja K-NN dapat ditentukan dengan menghitung besaran akurasi yang berhasil diperoleh. Akurasi dapat dihitung dengan persamaan berikut:

Lingkungan Pengembangan

Spesifikasi perangkat keras dan perangkat lunak yang digunakan untuk penelitian ini adalah sebagai berikut:

Perangkat keras:

1 Processor Intel ® Core 2 Duo 2 Memory 3 GB

3 Hardisk 500 GB Perangkat lunak:

1 Sistem Operasi Microsoft Windows 7 2 Matlab 7.7 (R2008b)

(22)

12

HASIL DAN PEMBAHASAN

Citra Daun

Pada penelitian ini terdapat 6 varietas citra daun Jati. Setiap varietas terdiri dari 20 citra, sehingga total data sebanyak 120 citra. Data yang digunakan pada penelitian ini merupakan data penelitian Asanurjaya (2012). Jenis Jati yang digunakan pada penelitian ini adalah Biotrop, Emas, Jobika, Muna, Prima, dan Super. Citra yang digunakan berukuran 1200×2300 pixel yang diakuisisi menggunakan kamera digital yang mempunyai resolusi 12 Megapixel dan jarak antara kamera dan daun ± 20 cm. Citra yang digunakan pada penelitian ini adalah citra daun tanaman jati yang sampelnya diambil dari Laboratorium Kultur Jaringan SEAMEO BIOTROP Bogor.

Ekstraksi Ciri

Ekstraksi ciri yang digunakan adalah ekstraksi ciri morfologi daun. Penelitian ini akan menggunakan 2 kali percobaan ekstraksi ciri, yaitu dengan jumlah 6 fitur yang dilakukan oleh Asunarjaya (2012), kemudian menambahkan lagi menjadi 17 fitur. Hasil yang diperoleh dari perhitungan morfologi daun memiliki rentang nilai yang sangat jauh seperti tercantum pada Lampiran 1. Rentang nilai terbesar adalah luas area dengan nilai terkecil 272387 dan terbesar 1640700, sedangkan nilai terkecil adalah vein features 1 memiliki nilai rentan terkecil 0.1030 sampai terbesar 0.2711. Nilai fitur yang tinggi akan mempengaruhi jarak tersebut, sehingga mungkin akan sangat berpengaruh terhadap penentuan kelas dari data uji.

Hal ini tentunya akan mempengaruhi dalam perhitungan jarak euclid, untuk mengatasi hal tersebut maka dilakukan normalisasi fitur. Oleh karena itu sebelum dilakukan pembagian data latih dan data uji, terlebih dahulu dilakukan normalisasi data sehingga semua nilai akan memiliki rentang nilai yang tidak terlalu jauh. Melakukan normalisasi tidak semua nilai ekstraksi fitur dilakukan, tapi hanya beberapa nilai saja yang memiliki nilai rentang yang sangat jauh yaitu nilai area, perimeter, dan diameter, physiological length dan physiological width seperti terlihat pada Lampiran 2. Normalisasi dilakukan dengan digit terbesar. Setelah dilakukan pengamatan ternyata fitur narrow factor tidak digunakan, karena nilainya sama semua sehingga fitur ini tidak digunakan.

Klasifikasi KNN

Data hasil ektraksi ciri akan dibagi 2 menggunakan k-fold cross-validation dengan data latih sebanyak 96 dan data uji sebanyak 24. Setelah data dibagi, proses klasifikasi akan dilakukan menggunakan KNN dengan nilai k yang terdiri dari 1, 3, 5, dan 7.

Untuk KNN dengan 6 fitur (area, perimeter, diameter, smooth factor, form factor, perimeter ratio of diameter)

(23)

13 Tabel 1 Akurasi rata-rata 6 fitur (%)

Subset K 1 3 5 7 1 70.84 66.66 54.16 45.83 2 66.66 62.50 45.83 54.16 3 58.33 37.50 58.33 62.50 4 54.16 37.50 45.83 50.00 5 58.33 50.00 45.83 37.50 Rata-rata 61.66 50.83 50.00 50.00

Tabel 1dapat dilihat bahwa hasil akurasi rata-rata percobaan dengan 6 fitur, tertinggi saat k tetangga terdekat = 1 yaitu 61.66% dan untuk nilai k selain 1 kurang lebih 50.00%. Disini terlihat semakin tinggi nilai parameter k, maka semakin kecil akurasi, karena disebabkan data penyeberan data uji dan data latih saling berdekatan atau bisa disebut berkumpul.

Tabel 2 Confusion matrix percobaan 6 fitur k=1

Kelas asal Kelas prediksi

Biotrop Emas Jobika Muna Prima Super

Biotrop 10 0 4 1 3 2 Emas 1 17 1 0 1 0 Jobika 4 1 9 3 1 2 Muna 0 0 1 10 2 7 Prima 2 2 0 0 16 0 Super 2 0 2 4 0 12

Tabel 2 dapat dilihat bahwa kelas yang paling banyak salah adalah jenis jati Jobika. Jobika teridentifikasi ke semua kelas, yang terbanyak jobika teridentifikasi sebagai Biotrop dan Muna. Jenis jati Emas dan Prima memiliki kesalahan paling sedikit, hal ini disebabkan Emas dan Prima memiliki perbedaan morfologi dengan kelas yang lain. Jenis jati Muna salah teridentifikasi paling banyak ke jenis jati Super, begitupun sebaliknya jati Super paling banyak kesalahan ke jati Muna.

Untuk KNN dengan 17 fitur (diameter, area, perimeter/keliling, panjang, lebar, smooth factor, form factor, perimeter ratio of diameter, perimeter ratio of physiological length and physiological width. aspect ratio, rectangularity, narrow factor, dan lima vein features).

Tabel 3 Akurasi rata-rata 17 fitur (%)

Subset k 1 3 5 7 1 75.00 58.33 54.16 58.33 2 75.00 54.16 58.33 58.33 3 70.83 62.50 62.50 54.16 4 75.00 58.33 54.16 70.83 5 70.83 62.50 66.66 54.16 Rata-rata 73.33 59.16 59.16 59.16

(24)

14

Tabel 3 dapat dilihat bahwa hasil akurasi rata-rata percobaan dengan 17 fitur, tertinggi saat k tetangga terdekat = 1 yaitu 73.33% dan untuk nilai k selain 1 kurang lebih 50%. Disini terlihat semakin tinggi nilai parameter k, maka semakin kecil akurasi, karena disebabkan data penyeberan data uji dan data latih saling berdekatan atau bisa disebut berkumpul.

Tabel 4 Confusion matrix rata-rata 17 fitur k=1

Kelas asal Kelas Prediksi

biotrop emas Jobika muna Prima super

biotrop 10 2 4 1 3 0 emas 0 17 0 0 3 0 jobika 1 1 12 1 4 1 muna 0 0 6 10 0 4 prima 0 0 0 0 20 0 super 0 0 0 1 0 19

Tabel 6 dapat dilihat bahwa dengan menambahkan fitur menjadi 17 fitur, kelas paling banyak salah tetap jenis Jati Muna, Jati Muna paling banyak salah teridentifikasi ke jati Jobika dan Super. Jenis Jati Jobika memiliki kemiripan ke semua kelas, hal ini disebabkan rentang nilai fitur-fitur dari Jobika mencakup nilai-nilai dari varietas yang lain. Sebagai contoh untuk fitur area (Lampiran 9), nilai yang rendah dari Jobika mirip dengan nilai dari Emas dan Prima, sedangkan nilai yang tinggi mirip dengan Muna, dan nilai yang sedang mirip Biotrop dan Super sama seperti percobaan sebelumnya menggunakan 6 fitur. Kesalahan prediksi terbesar jenis Jati Jobika ke jenis Jati Prima, dan Jenis jati Prima tidak memiliki kesalahan prediksi ke kelas lainnya. Jenis jati Emas dan Super memiliki kesalahan terkecil. Jenis Jati emas memiliki kesalahan prediksi ke jenis Jati prima, hal ini dapat disebabkan kemiripan nilai-nilai fiturnya dari Emas berada didalam rentang nilai fitur dari Prima. Penjelasan lebih lengkap dapat dilihat pada kemiripan setiap fitur ciri morfologi daun seperti terlihat pada Lampiran 9.

Gambar 13 Akurasi antara 6 fitur dan 17 fitur 0 50 100 1 3 5 7 Akur asi (% ) Nilai k 6 fitur 17 fitur

(25)

15 Akurasi klasifikasi berdasarkan 17 fitur lebih tinggi dibandingkan dengan 6 fitur pada semua nilai k (Gambar 13). Nilai data memiliki kemiripan dari masing-masing fitur. Hal ini yang menyebabkan k semakin besar semakin kecil akurasi.

Perbandingan Dengan Penelitian Sebelumnya

Penelitian sebelumnya dilakukan Asanurjaya (2012) menggunakan 6 jenis Jati dan berdasarkan 6 fitur ciri morfologi. Penelitian tersebut menggunakan classifier probabilistic neural network (PNN) yang menghasilkan akurasi 77.50%. Penelitian yang dilakukan Asanurjaya menggunanakan klasifikasi PNN adalah menggunakan pelatihan (training) supervised. Keuntungan utama menggunakan arsitektur PNN adalah training data PNN mudah dan cepat (Wu et al. 2007).

Penelitian dengan clasifier k-nearest neighbour (KNN) dilakukan oleh Nurjayanti (2011) dengan objek daun Shorea dan berdasarkan 10 fitur ciri morfologi yang menghasilkan akurasi 100%, oleh karena itu penelitian ini mengacu pada penelitian Nurjayanti (2011). Pada penelitian yang membedakan disini, penelitian Nurjayanti (2011) masih diinputkan secara manual seperti nilai panjang, lebar, bentuk tulang daun, permukaan daun, ujung, pangkal, sudut antar tulang daun, dan jumlah tulang daun, sedangkan data yang digunakan menggunakan 2 jenis data yaitu numerik dan nominal.

Dalam penelitian yang dilakukan data jenis Jati yang digunakan sama dengan penelitian Asanurjaya (2012). Penelitian ini menambahkan 11 fitur morfologi, dengan menggunakan k-nearest neighbour (KNN) menghasilkan akurasi 73.33%. Penelitian Asanurjaya (2012) menghasilkan akurasi lebih tinggi dibandingkan dengan penelitian ini.

Tabel 5 Perbandingan akurasi dengan penelitian sebelumnya Obyek penelitian Jenis Fitur Classifier Akurasi

Asanurjarya (2012) 6 varietas 6 PNN 77.50%

Nurjayanti (2011) 5 spesies 10 KNN 100.00%

Penelitian ini _{6 varietas} ₁₇ _KNN _73.33%

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut:

1 Metode k-nearest neighbour dapat diimplementasikan dalam pengenalan daun tanaman jati menggunakan ekstraksi fitur ciri morfologi daun.

2 Penelitian ini menghasilkan akurasi tertinggi sebesar 73.33% pada 16 fitur dengan k tetangga terdekat 1.

Saran

Saran untuk pengembangan selanjutnya adalah sebagai berikut: 1 Melakukan segmentasi otomatis pada saat praproses citra.

(26)

16

2 Menggunakan classifier yang lain dengan 16 fitur ciri morfologi, seperti probalistic neural network (PNN) dan support vector machine (SVM).

DAFTAR PUSTAKA

Asanurjaya B. 2012. Identifikasi daun jati menggunakan probabilistic neural network dengan ekstraksi fitur ciri morfologi daun [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

Han J, Kamber M. 2001. Data Mining Concepts & Techniques. San Francisco (US): Academic Press.

Nurfadhilah E. 2011. Identifikasi tumbuhan obat menggunakan fitur citra morfologi, tekstur, dan bentuk dengan klasifikasi probabilistik neural network [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

Nurjayanti B. 2011. Identifikasi Shorea menggunakan k-nearest neighbour berdasarkan karakteristik morfologi daun [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

Rachmawati H, Irianto D, Hansen CP. 2002. Tectona Grandis. Bandung (ID): Indonesia Seed Project.

Sutoyo T, Mulyanto E, Suhartono E, Nurhayati OD, Wijanarto. 2009. Teori Pengolahan Citra Digital. Yogyakarta (ID): Andi.

Tan P, Steinbach M, Kumar V. 2006. Introduction to Data Mining. Boston (US): Pearson Education.

The MathWorks. 2008. Image processing toolbox for use with MATLAB: user’s guide version 7 [manual]. Natick (US-MA): The MathWorks.

Wu SG, Bao FS, Xu EY, Wang YX, Chang YF, Xiang QL. 2007. A Leaf Recognitian Algorithm for Plant Classification Using Probabilistic Neural Network. Di dalam: IEEE International Symposium on Signal Processing and Information Technology. hlm. 11-16.

(27)

17 Lampiran 1 Hasil perhitungan morfologi sebelum dilakukan normalisasi

Lampiran 2 Hasil perhitungan morfologi setelah dilakukan normalisasi

Lampiran 3 Confusion matrix 6 fitur k=3

(28)

18

(29)

19

Lampiran 9 Boxplot untuk setiap fitur ciri morfologi daun

Fitur area Fitur perimeter

Fitur diameter Fitur physiological length

(30)

20

Lampiran 9 Lanjutan

Fitur aspect ratio Fitur form factor

Fitur rectangularity Fitur perimeter ratio of physiological length and physiological width

Fitur perimeter ratio of diameter Fitur Vein Feature 1

(31)

21 Lampiran 9 Lanjutan

Fitur Vein Feature 4 Fitur Vein Feature 5

Lampiran 10 Hasil opening menggunakan 1 piksel.

Structuring element radius 1 piksel

(32)

22

RIWAYAT HIDUP

Penulis lahir pada tanggal 15 Mei 1990 di Kota Cirebon. Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara, dari pasangan Bapak Saprudin dan Ibu Tety Suciaty. Penulis menyelesaikan pendidikan menengah atas di SMA Negeri 5 Cirebon pada tahun 2007. Setelah menyelesaikan pendidikan di Cirebon, tahun yang sama penulis lulus seleksi di Institut Pertanian Bogor Program diploma IPB Program keahlian Teknik Komputer. Pada tahun 2010 penulis lulus dari Program Diploma IPB dan melanjutkan perkuliahan di Program Alih Jenis Ilmu Komputer IPB.