PERANCANGAN SISTEM PENGENAL DIGIT ANGKA METER AIR MENGGUNAKAN JARINGAN SYARAF TIRUAN KOHONEN Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Sistem Pengaturan dan Komputer Oleh TEGUH TRIANTORO 090402013 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
ABSTRAK Tugas akhir ini dibuat untuk merancang dan menguji coba sistem yang dapat mengenali digit angka pada meter air PDAM Tirtanadi di kota Medan dari citra hasil pemotretan kamera digital telepon selular dengan menggunakan jaringan syaraf tiruan model Kohonen sebagai metode pengenalannya. Terdapat beberapa proses yang digunakan dalam pembuatan sistem yaitu proses akuisisi citra, preprocessing, proses segmentasi, pelatihan menggunakan jaringan syaraf tiruan model Kohonen dan proses identifikasi digit angka. Pada tahap akusisi citra menjelaskan objek yang akan dikenali dari meter air. Pada tahap preprocessing bertujuan untuk meningkatkan kualitas citra pada meter air. Proses segmentasi bertujuan untuk mengekstraksi karakter dari background. Pada tahap pelatihan jaringan bertujuan untuk pembentukan suatu database angka yang akan dibutuhkan pada tahap pengenalan. Tahap identifikasi bertujuan untuk mengenali angka pada meter air. Analisa dilakukan bertujuan untuk mengetahui kesalahan pada tahap preprocessing dan identifikasi. Berdasarkan hasil simulasi, sistem pengenal digit angka yang dibuat telah berhasil mengenali pola digit angka dengan tingkat akurasi 95.56% dan pengenalan indikator meter air secara keseluruhan dengan tingkat akurasi 86.67%. Kata Kunci : Pengenalan Angka, Meter Air, Preprocessing, Jaringan Syaraf Tiruan, Kohonen. i
ii KATA PENGANTAR Bismillahirrahmanirrahim Dengan segala kerendahan hati, penulis mengucapkan puji syukur kepada Allah SWT yang telah memberikan anugerah dan rahmat-nya yang berlimpah kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul: Perancangan Sistem Pengenal Digit Angka Meter Air Menggunakan Jaringan Syaraf Tiruan Kohonen Tugas akhir ini dibuat sebagai syarat untuk menyelesaikan pendidikan Sarjana (S-1) di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik. Penulis berharap ke depannya Tugas Akhir ini dapat menjadi inspirasi bagi mahasiswa dalam mengembangkan penelitian. Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa, mereka yang selama ini telah mendidik dan menjadi contoh terbaik dalam hidup ini, Ananda belum bisa membahagiakan kalian, semoga Allah memberikan kesempatan untuk itu. Mereka adalah, Ayahanda tercinta Almarhum Drs. Siswo Suroso, M.SP. yang telah berpulang kepada-nya disaat awal penulis memasuki dunia perkuliahan. Beliau seorang Ayah sekaligus seorang dosen yang sangat penulis kagumi dan sayangi yang telah banyak memberikan ilmu serta banyak mengambil pelajaran hidup yang sangat berguna bagi penulis untuk menjalani kehidupan di dunia ini, hingga pada saat awal penulis menentukan pilihan untuk kuliah dan terakhir berbincang setelah pengumuman masuk kuliah, tanpa do a, cinta dan semangatnya penulis tidak akan berdiri sampai di sini. Ibunda tercinta Rukmini yang dengan cinta, kasih sayang dan
iii perhatiannya sudah menjaga, membimbing dan mendidik hingga penulis menjadi seperti sekarang ini. Walau kini Ibunda sudah menjadi single parent, namun do a dan semangatnya yang tak pernah terhenti diberikan kepada penulis hingga terselesaikannya Tugas Akhir ini. Selalu menjadi orang tua yang terbaik dan tangguh buat kami, Bunda. Untuk saudara-saudara penulis Mas Teguh Hariwibowo, S.Farm., dan Mas Teguh Haryo Yudanto, S.Kom., penulis ucapkan terima kasih karena telah selalu mendo akan, membantu dan men-support penulis dalam setiap kesempatan dan selalu berharap kelak penulis nantinya mampu menjadi manusia yang berguna. Dalam proses penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis tidak hanya mengandalkan kemapuan diri sendiri. Begitu banyak pihak yang memberi kontribusi, baik berupa materi, pikiran, maupun dorongan semangat dan motivasi. Oleh karena itu melalui kata pengantar ini penulis menyampaikan terima kasih kepada: 1. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si., dan Bapak Rahmad Fauzi, S.T., M.T., selaku Ketua dan juga Sekretaris Departemen Teknik Elektro yang memberikan motivasi dan dukungan serta begitu baik memperlakukan penulis selama proses pengerjaan Tugas Akhir. 2. Bapak Fahruddin Rizal Batubara, S.T., M.T.I., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir penulis yang bersedia dan senantiasa bersabar membimbing, membantu, memberikan ide dan masukan yang membangun sehingga penulis termotivasi untuk terus belajar khususnya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
iv 3. Bapak Ir. A. Rachman Hasibuan, selaku Dosen Wali penulis yang membimbing dan mengarahkan penulis sampai menyelesaikan pendidikan dikampus USU. 4. Bapak Fahmi, S.T., M.Sc., selaku Dosen yang banyak memberikan bantuan, ide, dan masukan positif yang membangun bagi penulis dalam penelitian Tugas Akhir ini, sehingga penulis termotivasi untuk membuat suatu penelitian yang cukup menantang dan terus belajar untuk meraih cita-cita. 5. Seluruh Dosen di Departemen Teknik Elektro USU yang selalu memberikan contoh, ilmu serta teladan yang baik oleh penulis berupa semangat untuk terus belajar meraih cita-cita dan seluruh Staf Pegawai di Departemen Teknik Elektro USU. 6. Seluruh sahabat penulis, Arfan, Rizal, Tondy, Rizky, Hawira, Yuli, Adit, Agung, Dimas, Faya, Adly, Rizi, Afit, Ahmad, Doni, Fahrul, Eko, Nuzul, dan teman-teman Teknik Elektro angkatan 2009 lainnya yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu untuk dorongan semangat dan kebersamaanya selama penulis bergelut dikampus. 7. Arif, Reza, Budi, Mahdi, Adityas, Fadlan, Royansyah, Bang Recky, Bang Indra dan Keluarga Besar Laboratorium Sistem Pengaturan & Komputer USU juga COMLABS USU untuk kritikan yang sangat berharga, serta buat segala macam tingkah laku kalian yang mengisi hari-hari penulis selama kuliah hingga Tugas Akhir, penulis harap kita akan terus seperti saudara. 8. Seluruh senior dan junior di Departemen Teknik Elektro, atas bantuan dan dukungan yang diberikan kepada penulis.
v 9. Bang Teguh, Rhobby, Saddam, Nur, sahabat dan junior yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu, seluruh robot yang pernah dibuat dan Keluarga Besar UKM ROBOTIK SIKONEK USU, untuk kebersamaan, sharing ilmu, pengalaman merakit robot, ikut kompetisi dan banyak pengalaman yang sangat berharga yang tidak bisa penulis ceritakan. Tetap semangat walau berat, sukses untuk kita semua! 10. Dani, Yudith, Bang Fran, sahabat dan Bapak/Ibu para pengurus juga donatur Keluarga Besar Yayasan Karya Salemba Empat untuk bantuan beasiswa, semangat dan kebersamaan yang tercipta tanpa rencana ini. Semoga kita dapat bertemu dan berkumpul kembali di satu titik, yaitu KesuKSEsan. Keep Sharing, Networking, and Developing, Guys! 11. Terakhir, untuk semua orang yang pernah mengisi setiap detik waktu yang telah dilalui bersama penulis dengan masing-masing ceritanya yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. Tanpa kalian pengalaman penulis tidaklah lengkap, terima kasih. Tentunya Tugas Akhir ini masih sangat jauh dari sempurna oleh karena itu penulis senantiasa mengharapkan kritik serta saran demi perbaikan ke depan. Semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi seluruh pihak. Terima kasih. Medan, Juni 2014 Penulis, Teguh Triantoro
vi DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xi BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah... 1 1.2 Perumusan Masalah... 3 1.3 Tujuan Penelitian... 3 1.4 Batasan Masalah... 3 1.5 Metodologi Penelitian... 4 1.6 Sistematika Penulisan... 5 BAB II. DASAR TEORI 2.1 Meter Air... 7 2.1.1 Unit Indikator/ Alat Penunjuk... 8 2.1.2 Tipe Alat Penunjuk... 8 2.2 Pengolahan Citra... 9 2.2.1 Akuisisi Citra dan Sampling... 10 2.2.2 Pengolahan Awal Citra (Image Processing)... 10
vii 2.2.2.1 Perbaikan Kualitas Citra dan Grayscaling... 11 2.2.2.2 Peredaman Derau... 12 2.2.2.3 Ekualisasi Histogram... 14 2.2.2.4 Segmentasi Citra... 14 2.3 Sistem Pengenalan Pola... 14 2.4 Jaringan Syaraf Tiruan... 16 2.5 Jaringan Syaraf Tiruan Kohonen... 20 2.5.1 Arsitektur Jaringan Syaraf Tiruan Kohonen... 20 BAB III. PERANCANGAN SISTEM 3.1 Umum... 24 3.2 Perancangan Sistem... 25 3.3 Akuisisi Citra dan Sampling... 26 3.4 Proses Awal (Preprocessing)... 27 3.5 Proses Segmentasi... 32 3.6 Proses Pelatihan Karakter Angka Digit Meter Air Dengan Jaringan Syaraf Tiruan Kohonen... 37 3.6.1 Preprocessing Tahap Pelatihan... 38 3.6.2 Proses Pelatihan Angka... 40 3.7 Proses Identifikasi Digit Angka... 43 BAB IV. HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA 4.1 Hasil Uji Coba... 47
viii 4.1.1 Hasil Uji Coba dengan 10 Sampel Training... 47 4.1.2 Hasil Uji Coba dengan 30 Sampel Training... 48 4.2 Pengolahan Hasil Uji Coba... 49 4.3 Analisa Sistem... 50 4.3.1 Pengaruh Jumlah Sampel Training... 50 4.3.2 Analisa Kesalahan Pada Tahap Preprocessing dan Segmentasi... 50 4.3.2 Analisa Kesalahan Pada Tahap Identifikasi... 52 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... 55 5.2 Saran... 56 DAFTAR PUSTAKA... 57 LAMPIRAN... 58
ix DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Meter Air... 7 Gambar 2.2 Meter Air Analog... 9 Gambar 2.3 Pengolahan Citra Memungkinkan Perubahan Kontras Pada Citra... 12 Gambar 2.4 Contoh Penerapan Filter Median... 13 Gambar 2.5 Struktur Sistem Pengenalan Pola... 15 Gambar 2.6 Bentuk Dasar Jaringan Syaraf Tiruan... 17 Gambar 2.7 Arsitektur Jaringan Kohonen... 21 Gambar 2.8 Vektor w Berupa Vektor 1 Dimensi... 22 Gambar 2.9 Vektor w Berupa Vektor 2 Dimensi... 22 Gambar 3.1 Blok Diagram Aplikasi Pengenalan Angka Pada Digit Meter Air... 25 Gambar 3.2 Akuisisi Citra Meter Air... 26 Gambar 3.3 Indikator Digit Angka Pada Meter Air... 27 Gambar 3.4 Diagram Alir Preprocessing... 28 Gambar 3.5 Hasil Grayscaling Citra... 29 Gambar 3.6 Hasil Contrasting... 30 Gambar 3.7 Hasil Ekualisasi Histogram... 30 Gambar 3.8 Filter Median... 31 Gambar 3.9 Citra Hasil Proses Binarization... 31 Gambar 3.10 Diagram Alir Proses Segmentasi... 33 Gambar 3.11 Hasil Proses Pembagian dan Filtering... 35 Gambar 3.12 Hasil Ekstraksi dan Resize Karakter dengan Ukuran 40x20... 37
x Gambar 3.13 Diagram Alir Proses Pelatihan... 38 Gambar 3.14 Citra Angka 6... 39 Gambar 3.15 Hasil Grayscaling... 39 Gambar 3.16 Hasil Proses Binarization dan Resizing... 40 Gambar 3.17 Proses Pelatihan Angka... 41 Gambar 3.18 Diagram Alir Proses Identifikasi... 44 Gambar 4.1 Perbandingan Sebelum dan Sesudah Preprocessing... 51 Gambar 4.1 Contoh Indikator yang Tidak Diidentifikasi Dengan Benar... 53 Gambar 4.2 Hasil Preprocessing yang Tidak Berhasil Meningkatkan Kualitas Citra... 53
xi DAFTAR TABEL Tabel IV.1 Hasil Pengenalan Menggunakan 10 Sampel Training... 47 Tabel IV.1 Hasil Pengenalan Menggunakan 30 Sampel Training... 48 Tabel IV.3 Presentasi Keakurasian Pengenalan... 49 Tabel V.1 Database Kelas Angka dengan 10 Sampel Training... 58 Tabel V.1 Database Kelas Angka dengan 30 Sampel Training... 58