PENINGKATAN KUALITAS CITRA SIDIK JARI MENGGUNAKAN FFT (FAST FOURIER TRANSFORM) TESIS Oleh SALAHUDDIN 107034007/TE FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
PENINGKATAN KUALITAS CITRA SIDIK JARI MENGGUNAKAN FFT (FAST FOURIER TRANSFORM) TESIS Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro Pada Fakultas Teknik Oleh SALAHUDDIN 107034007/TE FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
Judul Tesis : PENINGKATAN KUALITAS CITRA SIDIK JARI MENGGUNAKAN FFT (FAST FOURIER TRANSFORM) Nama Mahasiswa : Salahuddin Nomor Induk : 107034007 Program Studi : Magister Teknik Elektro Menyetujui Komisi Pembimbing: (Prof. Drs. Tulus, M.Si., P.hD) Ketua (Fahmi, ST, M.Sc) Anggota Sekretaris Program Studi Dekan, (Drs. Hasdari Helmi,MT) (Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME) Telah Lulus : 29 Nopember 2012
Telah diuji pada Tanggal : 29 Nopember 2012 PANITIA PENGUJI TESIS Ketua : Prof.Drs. Tulus, M.Si., P.hD Anggota : 1. Fahmi, ST, M.Sc 2. Prof. Dr. Opim S. Sitompul, M.Sc 3. Soeharwinto, ST, M.T 4. Dr. Benny B. Nasution, Dip. Ing, M.Eng
ABSTRAK Teknologi biometrik memiliki beberapa kelebihan seperti tidak mudah hilang, tidak bisa dipalsukan, dan tidak mudah rusak. Sistem pengenalan sidik jari bertujuan untuk mengidentifikasi sidik jari seseorang sehingga dapat dikenali ciri unik dari orang tersebut. Hasil dari ekstraksi ciri sidik jari sangat bergantung pada kualitas dari citra sidik jari itu sendiri, dan kualitas citra sidik jari berhubungan dengan kejelasan ridge structure pada citra sidik jari. Citra yang baik akan memiliki kontras yang baik dan akan dengan baik menggambarkan ridges dan valleys, ada beberapa alasan yang menyebabkan citra sidik jari tidak baik, diantaranya yaitu adanya lipatan atau luka membuat ridges tidak kontinyu (putus). Jenis sidik jari dengan kondisi lingkungan didefinisikan diantaranya: sidik jari berminyak yang memiliki piksel ridges cenderung sangat tebal, sidik jari kering yang memiliki ridges yang kasar pada tingkat lokal dan terdapat piksel putih/ valley yang banyak, serta sidik jari netral atau disebut juga sidik jari normal yang cecara umum tidak memiliki sifat khusus seperti berminyak dan kering. untuk mendapatkan citra yang baik pada citra kering, ridges yang ditingkatkan dengan mengekstraksi garis tengahnya dan menghapus piksel putih/ valley. Salah satu metode yang digunakan untuk meningkatkan kualitas citra adalah image enhancement yakni proses peningkatan kualitas pada citra. Penelitian ini menggunakan metode FFT karena FFT merupakan salah satu algoritma yang dapat menghitung secara cepat, karena sistem yang diproses secara real time. Dengan metode FFT citra sidik jari dengan ridges yang terputus dianalisa dan dihitung probabilitasnya dari ridge frequency dan ridge orientation, setelah ditingkatkan kualitasnya dengan menggunakan FFT mendapatkan peningkatan piksel ridge dari 97.44 % sampai dengan 97.52 %, dengan Tingkat keberhasilan verifikasi citra sidik jari didapat bahwa 54,29% diterima (Matching) pada k=0,6 Key Word : Sidik Jari kering, Peningkatan Kualitas Citra, Fast Fourier Transform
ABSTRACT Biometric technology has several advantages, such as it cannot be easily lost, cannot be falsified, and cannot be easily broken. The system of identifying fingerprint is aimed to identify someone s fingerprint so that his uniqueness can be identified. The result of the extraction of fingerprint entirely depends on the quality of the fingerprint image itself and on the quality of the fingerprint image related to the clarity of the ridge structure of the fingerprint. Good image will have good contrast and will describe ridges and valleys properly. There are some reasons why a fingerprint is not good; one of them is that there is a hold or a cut which causes the ridges not to continue (cut off). The type of fingerprint with environmental condition is defined as greasy fingerprint in which the pixel of ridges tends to be thick, dry fingerprint has locally rough ridges, there are many white pixels/valleys, and neutral or normal fingerprints generally do not have specific characteristics such as greasy and dry. In order to obtain good image on dry image, the ridges should be increased by extracting its diameter and wiping out the white pixels/valleys. One of the methods used to increase the quality of the image is image enhancement; namely, the process of increasing the quality of an image.the study used FFT method since it is one of the algorithms which can compute fast because the system is processed in actual time. With the FFT method, the probability of the fingerprint image with the cut off ridges was analyzed and computed from its ridge frequency and ridge orientation. After its quality was increased by using FFT, the pixel ridge increased from 97.44% to 97.52%. By the result of the verification of fingerprint, it was found that 54.29% was matching at k=0.6 Keywords: Dry Fingerprint, Increasing of Image Quality, Fast Fourier Transform
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT atas rahmat dan hidayahnya sehingga penulis dapat menyiapkan penelitian thesis ini dengan baik. Penelitian ini dilakukan untuk memenuhi salah satu syarat kurikulum Program Studi Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik, Medan. Penelitian thesis ini berjudul Peningkatan Kualitas Citra Sidik Jari menggunakan FFT (Fast Fourier Transform) dimana penulis merasa tertarik untuk mengangkat masalah citra sidik jari untuk meningkatkan kualitas citra yang rusak. Penulis terutama mengucapkan terima kasih yang tak terhingga kepada Orang tua tercinta Ayahanda (alm) M. Ali R dan Abu Tgk. Usman Idris serta Ibunda Rusni dan Ibunda Sitti Huzaifah, serta yang tercinta Istriku Cut Ida masnadewi beserta Anak-anak yang manis Ghazy Maulana dan Filzah Munawwarah atas doa dan semangat yang diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan thesis ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada Bapak Prof. Tulus, M.Si dan Bapak Fahmi, ST, M.Sc. sebagai pembimbing atas segala saran, bimbingan dan nasehatnya selama penulisan thesis ini. Terima kasih juga penulis ucapakan kepada institusi Politeknik Negeri Lhokseumawe yang telah memberi kesempatan berupa bantuan dan dorongan moril untuk dapat melakukan penelitian ini.
Selesainya thesis ini juga melibatkan berbagai pihak yaitu Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai selaku Ketua Program Studi atas upaya dan usahanya menyukseskan Program Studi Megister Teknik Elektro, serta seluruh staf pengajar Program Studi Magister Teknik Elektro. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih atas konstribusi dan bantuanya, dan terima kasih buat Bu Nur, Pak Martin, Pak Hasdari dan kawan-kawanku Sayed Munazzar, Muliyadi, Eliyani, Syahrul Azmi, Evi Andriani, Sarmayanta, Muhammad Nasir, Sila Abdullah Sakri, Kak Mursyidah, Atthariq serta Pak Rahmat Syam dan Pak Heru. Mudah-mudahan penelitian tesis ini nantinya dapat bermanfaat bagi Institusi Politeknik Negeri Lhokseumawe dan kepada pembaca khususnya yang tertarik mengenai Peningkatan Kualitas Citra Sidik Jari. Kritik dan saran dari pembaca yang sifatnya membangun sangat penulis harapkan. Medan, 29 Nopember 2012 Penulis, Salahuddin
DAFTAR RIWAYAT HIDUP IDENTITAS : Nama : Salahuddin Tempat/ Tanggal Lahir : Jeuram, 05 Oktober 1974 Jenis Kelamin : Laki-laki Agama : Islam Bangsa : Indonesia Alamat : Komp. Mutiara Indah, Jl. Mutiara III No. 9F, Alue Awe Lhokseumawe. RIWAYAT PENDIDIKAN : Sekolah Dasar Negeri 1 Jeuram tamat tahun 1987. Sekolah Menengah Pertama Negeri 1 Jeuram tamat tahun 1990 Sekolah Menengah Atas Negeri 1 Jeuram tamat tahun 1993 Politeknik Universitas Syiah Kuala tamat tahun 1996 Institut Teknologi Bandung tamat tahun 2000 RIWAYATPEKERJAAN : Staf Pengajar Teknik Elektro Politeknik Negeri Lhokseumawe sejak 01 Desember 2000 sampai dengan sekarang Medan, 29 Nopember 2012 Penulis, Salahuddin
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK... ABSTRACT... KATA PENGANTAR... DAFTAR RIWAYAT HIDUP... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR SINGKATAN... i ii iii v vi viii ix xii BAB 1 PENDAHULUAN... 1 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Perumusan Masalah... 8 1.3. Batasan Masalah... 8 1.4. Tujuan Penelitian... 8 1.5. Manfaat Penelitian... 9 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA... 10 2.1. Biometrik Authentifikasi... 10 2.2. Satuan Pengukuran Biometrik... 18 2.3. Sidik Jari... 21 2.3.1. Identifikasi sidik jari... 24 2.3.2. Jenis kerusakan citra sidik jari... 26 2.3.3. Perbaikan citra sidik jari... 27 2.3.4. Citra sidik jari... 28 2.4. Pengolahan Citra... 30 2.4.1. Thresholding... 30 2.4.2. Konversi ke citra biner... 33 2.4.3. Segmentasi citra biner... 34 2.5. Transformasi Fourier... 35
2.5.1. Transformasi fourier diskrit... 36 2.5.2. Fast Fourier Transform... 37 2.5.2.1.FFT 2D... 39 2.5.2.2.FFT Analisys... 40 BAB 3 METODELOGI PENELITIAN... 42 3.1. Metode yang Diusulkan... 42 3.2. Tahapan Penelitian... 43 3.2.1. Pengambilan data citra sidik jari... 44 3.2.2. Preprocessing... 45 3.2.2.1. Normalisasi... 45 3.2.2.2. Binerisasi... 46 3.2.3. Klasifikasi jenis citra sidik jari kering... 47 3.2.4. Enhancement citra sidik jari kering... 47 3.2.4.1. Diagram proses peningkatan citra dengan FFT... 48 3.2.5. Persentase citra sebelum dan sesudah Enhancement... 48 3.3. Diagram Alir Tahapan Penelitian... 49 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN... 51 4.1. Hasil Pengambilan Data Citra Sidik Jari... 51 4.2. Analisa Preprocessing... 52 4.2.1. Normalisasi... 53 4.2.2. Binerisasi... 54 4.3. Hasil Klasifikasi Jenis Citra Sidik Jari Kering... 55 4.4. Hasil Enhancement Dengan Fast Fourier Transform... 57 4.5. Hasil Binerisasi Citra Setelah di Enhancement dengan Fast Fourier Transform... 59 4.6. Hasil Klasifikasi Jenis Citra Sidik Jari Setelah di Enhancement... 60 4.7. Hasil Persentase Citra Sebelum dan Sesudah Enhancement... 61 4.8. Hasil dan Pembahasan Verifikasi Citra Sidik Jari Sebelum dan Sesudah Enhancement... 62 BAB 5 Kesimpulan dan Saran... 66 5.1. Kesimpulan... 66 5.2. Saran... 66 DAFTAR PUSTAKA... 67 LAMPIRAN 71
DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman 1.1. Penelitian yang pernah dilakukan... 3 2.1. Beberapa ukuran karakteristik anatomi sidik jari... 12 4.1. Hasil verifikasi sidik jari normal dengan sidik jari setelah di Enhancement... 65
DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman 2.1. Beberapa contoh pola papillary ridge... 11 2.2. Beberapa titik sambungan ridge pada sidik jari... 13 2.3. Kesesuaian ridge pada sidik jari... 14 2.4. Arsitektur sistem biometrik... 15 2.5. Perbedaan FAR dan FRR dari aplikasi sidik jari... 17 2.6. Grafik FAR dan FRR terhadap threshold... 19 2.7. Proses enrollment sidik jari... 19 2.8. Proses verifikasi sidik jari... 20 2.9. Proses identifikasi sidik jari... 20 2.10. Sidik jari... 22 2.11. Data unik citra sidik jari... 23 2.12. Klasifikasi pada sidik jari... 24 2.13. Berbagai macam hasil pengambilan sidik jari... 27 2.14. Karakteristik ciri sidik jari level 1... 29 2.15. Karakteristik ciri sidik jari level 2 dan 3... 30 2.16. Proses thresholding... 33 2.17. Proses konversi binerisasi... 34 2.18. Proses pemisahan... 35
2.19. Transformasi fourier... 36 2.20. Tahap pertama FFT... 37 2.21. FFT Butterfly... 38 2.22. Diagram alir FFT... 39 2.23. 2D FFT... 40 3.1. Blok diagram tahapan penelitian... 43 3.2. Contoh data sidik jari kering... 44 3.3. Hasil normalisasi dengan rata-rata yang diinginkan dengan varian antara nol dan satu... 45 3.4. Hasil binerisasi... 46 3.5. Blok Diagram proses peningkatan citra dengan FFT... 48 3.6. Diagram alir utama sistem... 49 4.1. Citra sidik jari asli... 51 4.2. Hasil normalisasi citra... 53 4.3. Hasil binerisasi dengan nilai theshold berbeda... 54 4.4. Grafik data nilai piksel sidik jari original... 56 4.5. Citra enhancement dengan nilai k yang berbeda... 57 4.6. Grafik nilai rata-rata piksel ridge setelah di enhancement... 59 4.7. Citra binerisasi setelah di enhancement dengan nila k berbeda... 60 4.8 Grafik nilai piksel ridge sidik jari setelah di enhancement... 61 4.9. Grafik persentase kenaikan nilai piksel ridge pada sidik jari setelah Di enhancement... 62 4.10. (a).proses verifikasi citra sidik jari, (b). Hasil verifikasi... 63
4.11. Grafik persentase kecocokan citra sidik jari standard dengan sidik jari kering... 64 4.12. Grafik hasil verifikasi citra sidik jari setelah di enhancement... 65
DAFTAR SINGKATAN FFT = Fast Fourier Transform EER = Equal Error Rate FAR = False Acceptance Rate FRR = False Rejection Rate FTE = Failure To Enrol DFT = Discrete Fourier Transform FFT2D= Fast Fourier Transform 2 Dimensi FFT1D= Fast Fourier Transform 1 Dimensi FVC = Fingerprint Verification Competition