BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dalam suatu proses pembelajaran, evaluasi menjadi salah satu komponen yang memegang peranan penting sebagai ukuran bagaimana suatu proses pembelajaran telah diserap oleh peserta ajar. Pada pembelajaran di tingkat sekolah dasar hingga sekolah tingkat lanjutan, proses evaluasi biasanya diberikan dalam bentuk ulangan di sela-sela waktu belajar sebelum dilaksanakan ujian tri-wulan atau catur-wulan. Jenis soal yang paling cepat untuk dilakukan koreksi adalah jenis soal benar salah, esai dan pilihan ganda [1]. Jenis soal pilihan ganda termasuk dalam urutan teratas kategori soal yang dapat menyebabkan siswa untuk lebih siap dalam mempersiapkan ujian [2]. Selain itu, jenis soal pilihan ganda ini merupakan jenis soal yang membutuhkan waktu paling singkat dalam proses penilaian dibandingkan dengan jenis soal esei. Soal pilihan ganda juga merupakan salah satu metode evaluasi yang bersifat obyektif, biasanya soal pilihan ganda tersebut disediakan media kertas Lembar Jawaban Komputer (LJK) untuk membantu peserta evaluasi [3]. Lembar Jawaban Komputer (LJK) adalah formulir isian berupa kertas yang akan diolah dengan komputer dan pemindai. LJK biasanya digunakan untuk ujian berbentuk pilihan ganda dan diisi menggunakan pensil khusus, yaitu pensil jenis 2B [4]. Penggunaan LJK sebagai pengganti entri data secara manual dapat mempercepat pengolahan data. Kecepatan tersebut juga sangat ditentukan oleh kecepatan pemindai kecepatan perangkat lunak yang digunakan. Dengan adanya lembar jawaban komputer (LJK) ini, tidak lagi diperlukan cara konvensional yang menggunakan tenaga manusia untuk mengoreksi lembar jawaban [5]. Penggunaan LJK untuk ujian dinilai masih lebih optimal dibandingkan dengan ujian berbasis komputer (on-line) karena dapat menghemat kebutuhan penyediaan komputer. Dengan sistem on-line harus tersedia 1 komputer untuk 1 responden atau peserta ujian, sedangkan untuk off-line cukup 1 LJK untuk 1 responden. Penggunaan LJK di Indonesia mengalami peningkatan di berbagai 1
institusi seperti pendidikan, Lembaga Swadaya Masyarakat (LSM), badan usaha pemerintah, dan swasta [6]. Menyadari pentingnya fungsi LJK, informasi dalam LJK harus terekam sempurna [7]. Proses jawaban pada LJK membutuhkan alat pengoreksi atau scanner. Saat ini scanner sudah tersedia di pasaran namun scanner masih terbilang manual karena masih memerlukan sebuah perangkat keras dan harga yang ditawarkan masih terbilang tinggi [8]. Seperti dikutip dari website penjualan scanner LJK www.dmr.id [9] harga per item scanner bisa mencapai Rp. 42.000.000. tidak termasuk biaya kirim. Tabel 1.1 Harga Scanner di Pasaran Indonesia NO Nama Scanner Harga 1 DMR Profesional Brother L2540DW Rp. 27.900.000 2 DMR Profesional Brother 2100 Rp. 29.900.000 3 DMR Profesional Fujitsu 25 Rp. 32.900.000 4 DMR Profesional Kodak 1150 Rp. 36.400.000 5 DMR Profesional Canon 240 Rp. 38.400.000 6 DMR Profesional Panasonic 1065 Rp. 42.000.000 Penggunaan pensil terbatas pada jenis 2B ini disebabkan karena perangkat pemindaian yang digunakan diciptakan hanya mampu mendeteksi pada tingkat kehitaman yang dimiliki oleh pensil 2B namun piranti Scanner DMR yang beredar dipasaran memiliki kisaran harga yang tinggi sedangkan kebutuhan akan piranti Scanner DMR saat ini tidak hanya pada institusi besar, tetapi juga institusi menengah maupun kecil. Biaya pengadaan DMR dapat memberatkan anggaran atau bahkan tidak terjangkau. Dapat dilihat pada Tabel 1.2 harga scanner yang ada di pasaran Indonesia berkisar 27.900.000 rupiah hingga 42.000.000 rupiah. Faktor harga scanner LJK yang cukup mahal menyebabkan perangkat ini tidak memungkinkan untuk diakses di semua institusi di Indonesia, sehingga sistem alternatif yang mampu mengakomodasi pengisian LJK menggunakan alat tulis multiwarna agar mampu dibaca scanner LJK menjadi salah satu solusi alternatif agar faktor biaya tidak menghalangi penggunaan LJK di berbagai institusi [10]. 2
Pada penelitian yang dilakukan oleh [11], menyebutkan bahwa peran scanner sejatinya hanya untuk memindai lembar penuh. Setiap flatbed atau Aotomatic Document Feeder (ADF) scanner digunakan untuk memindai lembar saja, sedangkan perangkat lunak yang dirancang pada dasarnya untuk memeriksa lembar jawab dan menampilkan hasilnya. Pertama, lembar jawaban komputer Object Mark Reader (OMR) akan dipindai dan citra yang dipindai dari lembar jawaban akan jadikan inputan ke sistem perangkat lunak. Perangkat lunak tersebut akan mengolah citra yang dipindai dan mencocokan jawaban pada LJK dengan kunci jawaban yang telah disimpan dalam perangkat lunak tersebut. Meskipun demikian, penggunaan OMR masih membutuhkan peran operator untuk mengoperasikan scanner sebagai alat pemindai yang menghasilkan citra digital [4]. Al-Marakeby [12] menyebutkan bahwa algoritme pengolahan citra memiliki kemampuan untuk memindai LJK yang dapat digunakan secara efisien. Permasalahan pengambilan citra menggunakan scanner dapat diselesaikan dengan cepat dan akurat menggunakan kamera smartphone dengan teknik algoritme pada pengolahan citra [5]. Penelitian yang dilakukan oleh Halauw, dkk. [8] yang menyebutkan bahwa penggunaan scanner sebagai pengontrol data masuk dan pengambilan citra dapat diganti menggunakan printer dan webcam untuk lebih meningkatkan kepraktisan dan menekan harga. Perangkat keras dapat dibuat dengan estimasi harga tidak lebih dari satu juta rupiah dan terdiri dari komponen yang mudah diperoleh. Meskipun demikian, penelitian ini masih memerlukan webcam yang ditanamkan pada hardware printer dalam proses pengoreksiannya. Ermundari [5] dalam penelitiannya menyebutkan pemanfaatan cabang ilmu pengolahan citra digital sangat diperlukan untuk melakukan efisiensi dalam pengoreksian lembar jawaban komputer (LJK). Meskipun demikian, penelitian ini juga belum dapat dikatakan mampu menekan biaya dan efisiensi karena dalam proses penilaian LJK masih diperlukan scanner. Proses sebelumnya yang menghabiskan banyak sumber daya akan memiliki alternatif lain yang diharapkan dapat menghemat sumber daya. Zampirolli, dkk [13] diawali dengan proses akuisisi citra LJK menggunakan webcam, pemrosesan citra LJK dilakukan dengan membuat template 3
kunci jawaban. setelah template kunci jawaban didapatkan selanjutnya proses prapengolahan diawali dengan mengambil citra Red Channel dan kemudian merubah citra menjadi citra dengan skala keabuan (grayscale) untuk peningkatan kontras citra yang kemudian dilakukan threshold image agar didapatkan citra biner yang pada akhirnya akan didapatkan citra LJK yang siap untuk dilakukan pemindaian atau penilaian dengan mencocokan kunci jawaban. Teknik yang digunakan untuk mencocokkan kunci jawaban yaitu Template Matching. Penelitian yang dilakukan oleh Zampirolli, dkk ini menggunakan LJK berbentuk kotak atau tidak sesuai dengan standar yang biasa dipakai di Indonesia yaitu bulat, selain itu akurasi dari algoritme dan sistem yang dibangun yaitu 93,3% dari jumlah sampel LJK sebanyak 674 buah dengan rata-rata waktu komputasi waktu sebesar 10 detik per pemindaian. Tabel 1.3 Menjelaskan 4 penelitian sebelumnya masih menggunakan metode pemindaian berbasiskan template matching yang dimana masih digunakannya scanner untuk tahap akuisisi citra. Peneliti dan Tahun Penelitian Stolinski, dkk [14]. 2007 Edmundari [5]. 2011 Zampirolli, dkk [13]. 2011 Halauw, dkk [15]. 2014 Tabel 1.4 Komputasi dan Akurasi Penelitian Sebelumnya Jumlah Sampel (N) Metode Pemindaian 80 Pensil 2B, Template Matching 125 Pensil 2B, Template Matching 42 Pensil 2B, Template Matching 80 Pensil 2B, Template Matching Hasil Penelitian Rata-rata Waktu Komputasi (detik) Akurasi (%) 13 94 Tidak 94,5 dijelaskan. 10 93,3 6,25 99,9 Kekurangan dari penelitian sebelum-sebelumnya yaitu pengisian LJK masih terbatas menggunakan pensil 2B pada proses pengisian LJK, dengan digunakanya scanner ini berarti sistem yang dibangun masih terbatas menggunakan pensil 2B saja untuk proses pengisian LJK (tidak dapat mengakomodasi jika pengisian menggunakan alat tulis dengan multiwarna) dan kekurangan pada penelitian yang dilakukan oleh Zampirolli[13] waktu komputasi yang masih tinggi 4
yang disebabkan oleh pemindaian masih menggunakan metode Template Matching. Penelitian ini bertujuan untuk menyelesaiakan kekurangan tersebut, yaitu dengan cara memanfaatkan ilmu pengolahan citra agar pemindaian dapat mengakomodasi jika pengisian LJK menggunakan alat tulis dengan multiwarna serta membangun sebuah metode atau algoritme yang mampu meminimalisir waktu komputasi dalam pemindaian. Ilmu pengolahan citra digital dapat digunakan untuk membuat sebuah aplikasi pemindai lembar jawaban komputer (LJK) yang dapat menghemat sumber daya yang mampu mengakomodasi citra LJK multiwarna. Oleh karena itu penelitian ini menawarkan sebuah aplikasi penilaian atau pemindaian yang hanya membutuhkan sebuah kamera smartphone, alat akuisisi citra LJK dan sistem atau aplikasi pada komputer yang mampu mengoreksi lembar jawaban komputer. Sistem yang dibangun ini hanya membutuhkan satu alat bantu akuisisi yang berfungsi sebagai tempat untuk pengambilan citra LJK sebelum dilakukan pemindaian sehingga sistem ini mampu mengakomodasi LJK multiwarna dikarenakan proses akuisisi citra dilakukan menggunakan kamera smartphone dan beberapa tahap pengolahan citra. Selain itu, sistem yang dibangun berbasis pengolahan citra dan pengoreksian menggunakan algoritme berbasis posisi geometris (algoritme binerarisasi geometris) sehingga komputasi pemindaian yang dibutuhkan hanya membutuhkan waktu yang singkat bila dibandingkan dengan pemindaian berbasis metode Template Matching. Kelebihan lainnya dari sistem yang dibangun yaitu pengisian LJK tidak terbatas menggunakan pensil 2B saja, namun dapat menggunakan berbagai alat tulis dengan warna yang berbeda pula, contohnya pena berwarna biru, pena berwarna hitam dan spidol kecil (mark pen). Citra yang dihasilkan dari kamera smartphone akan diolah menggunakan aplikasi ini sehingga dapat menghasilkan nilai sebagaimana diperlukan dalam proses pengoreksi lembar jawaban komputer (LJK). Semua penjelasan yang dipaparkan sebelumnya diharapkan dapat dihasilkan sebuah produk aplikasi yang berguna dalam penghematan sumber daya untuk pengoreksian LJK. 5
1.2 Perumusan masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan sebelumnya, rumusan masalah dalam penelitian ini adalah belum ada sistem penilai jawaban pada Lembar Jawab Komputer (LJK) berkecepatan komputasi yang cepat dan mampu mengakomodasi beragam alat tulis multiwarna untuk citra LJK. 1.3 Keaslian penelitian Beberapa penelitian tentang pemindaian lembar jawaban komputer menggunakan ilmu pengolahan citra belum banyak dilakukan. Vaibhav, dkk [4] melakukan penelitian untuk mengeksplorasi algoritme pemindai LJK berbasis pengolahan citra, secara umum proses yang dilakukan menggunakan teknik homography dan menggunakan detector Speed Up Robust Features untuk mendeteksi lokasi jawaban dari peserta yang terdapat pada LJK. Zampirolli, dkk [13] diawali dengan proses akuisisi citra LJK menggunakan webcam, pemrosesan citra LJK dilakukan dengan membuat template kunci jawaban, selanjutnya proses segmentasi diawali dengan mengambil citra Red Channel dan kemudian merubah citra menjadi citra dengan skala keabuan (grayscale) untuk peningkatan kontras citra yang kemudian dilakukan threshold image agar didapatkan citra biner yang pada akhirnya akan didapatkan citra LJK yang siap untuk dilakukan pemindaian atau penilaian dengan mencocokan kunci jawaban. Teknik yang digunakan untuk mencocokkan kunci jawaban yaitu Template Matching. Penelitian yang dilakukan oleh Zampirolli, dkk ini menggunakan LJK berbentuk kotak atau tidak sesuai dengan standar yang biasa dipakai di Indonesia yaitu bulat, selain itu akurasi dari algoritme dan sistem yang dibangun yaitu 93,3% dari jumlah sampel LJK sebanyak 674 buah dengan rata-rata waktu komputasi waktu sebesar 10 detik per pemindaian. Meskipun demikian, penelitian-penelitian sebelumnya masih terbatas menggunakan pensil 2B untuk pengisian LJK sehingga dibutuhkan scanner untuk proses akuisisi citra. Sedangkan menurut penulis, semakin berkembangnya Ilmu Pengolahan Citra memungkinkan dilakukannya optimasi sebuah sistem penilaian citra LJK berkecepatan tinggi yang mampu mengakomodasi pengggunaan alat tulis 6
multiwarna untuk pengisian LJK atau tanpa terbatas menggunakan pensil 2B. yaitu; Dengan demikian, penelitian ini mengusulkan tiga kontribusi ilmiah, 1. Penelitian ini mengusulkan sebuah algoritme berbasis pengolahan citra digital untuk meminimalkan waktu komputasi dalam proses penilaian LJK. Algoritme yang diusulkan memanfaatkan perbaikan kontras, proses segmentasi, operasi morfologi matematika, dan pencocokan jawaban secara otomatis berbasis posisi geometris LJK. 2. Selain menggunakan algoritme berbasis posisi geometris, optimasi waktu komputasi juga dapat dioptimalkan menggunakan teknik pengolahan citra yaitu pengecilan resolusi citra (resize image). 3. Penelitian ini mengusulkan sebuah algoritme yang mampu mendeteksi dan memindai LJK dari citra LJK yang telah diisi menggunakan alat tulis yang memiliki warna yang berbeda-beda (multiwarna) atau tidak terbatas menggunakan pensil 2B saja. 1.4 Batasan Masalah Penelitian yang dilakukan oleh penulis memiliki batasan dalam beberapa Aspek. Batasan tersebut diantaranya: 1. LJK yang digunakan adalah LJK yang didesain oleh peneliti dengan jumlah 20 jawaban dengan 4 opsi pilihan jawaban yaitu A, B, C, dan D. 2. Perangkat keras untuk proses akuisisi citra adalah sebuah alat yang didesain untuk membantu peneliti mendapatkan citra yang seragam yaitu citra yang berfokus pada bagian form atau kotak 20 poin jawaban. 3. Tahap akuisisi citra tidak mendukung fitur rotasi LJK dan akuisisi citra dilakukan dengan mengunci letak lembar LJK pada alat akuisisi citra yang diusulkan. 4. Kamera yang digunakan untuk tahap akuisisi adalah kamera smartphone jenis iphone 5 dengan resolusi hasil citra berukuran 2448px x 2448px (camera frame 1:1). 7
5. Citra sampel LJK yang digunakan berjumlah 75 citra yang dihasilkan dari alat akuisisi citra yang dijelaskan pada BAB III. 6. Tahap pemindaian dilakukan berfokus untuk memindai citra sampel LJK yang memiliki total jawaban penuh 20 jawaban. 7. Alat tulis yang digunakan menggunakan 4 alat tulis multiwarna yang dijelaskan pada BAB III. 8. Pemindaian dilakukan menggunakan software Matworks Matlab R2015a. 9. Pembandingan waktu komputasi dilakukan dengan cara membandingkan 2 metode (metode yang diusulkan dengan metode sebelumnya; Template Matching) dengan menggunakan sampel dan perlakuan pre-processing yang sama. Pembandingan dimulai dari tahap pre-processing sampai tahap menampilkan hasil scanning. 1.5 Tujuan Penelitian Tujuan pada penelitian ini adalah melakukan optimasi algoritme untuk sistem pemindai LJK dengan komputasi yang cepat berbasis algoritme pengolahan citra (algoritme geometris) untuk citra LJK yang pengisiannya menggunakan alat tulis multiwarna atau tidak terbatas menggunakan pensil 2B. 1.6 Manfaat Penelitian Penelitian ini mengusulkan sebuah algoritme pemindai dan penilai Lembar Jawab Komputer (LJK) berkecepatan tinggi yang mampu mengakomodasi beragam alat tulis multiwarna untuk citra LJK. Penelitian ini memberikan manfaat sebagai berikut: 1. Penelitian ini menjadi dasar dan acuan pengembangan sistem LJK portabel dengan komputasi yang cepat untuk dimanfaatkan dalam berbagai ragam institusi. 2. Penelitian ini menjadi acuan untuk pengembangan sistem pemindai dan penilai LJK yang berjalan pada perangkat embedded system atau smartphone. 3. Algoritme pengolahan citra yang diusulkan dalam penelitian ini 8
menjadi acuan untuk peneliti-peneliti lain dalam pengembangan algoritme penilai LJK yang tangguh terhadap sudut akuisisi citra maupun gangguan pencahayaan lain yang dapat mengurangi kualitas citra yang diakuisisi oleh kamera smartphone. 1.8 Metode Penelitian 1. Studi Literatur Penulis melakukan studi literatur dari paper, buku, penelitian sebelumnya dan berbagai sumber dari internet yang relevan atau berkaitan dengan pemindaian LJK tanpa menggunakan perangkat keras tambahan berupa scanner. 2. Diskusi Penulis melakukan diskusi dan dialog dengan dosen pembimbing mengenai berbagai aspek yang berkaitan dengan penelitian ini dan tentang penulisan karya tulis yang baik. 3. Pengembangan Perangkat Keras Penulis melakukan pengembangan perangkat keras berupa alat bantu akusisi citra yang berfungsi untuk membantu proses pra-pengolahan pada penelitian ini. 4. Pengembangan Perangkat Lunak Penulis melakukan pengembangan perangkat lunak berupa algoritme pemindaian LJK berbasis posisi geometris citra biner LJK yang telah dioalah sebelumnya melalui tahap pra-pengolahan, peningkatan kualitas citra dan segmentasi. 5. Pengujian Sistem Setelah penulis melakukan studi literatur, diskusi, meneliti dan menguji pembangunan dan pengembangan perangkat keras dan perangkat lunak sehingga didapatkan metode yang tepat untuk pengembangan sistem pemindaian sehingga dicapai hasil yang maksimal. 9
1.9 Sistematika Penulisan Dalam penulisan laporan tugas akhir ini, penulis menggunakan sistematika untuk memperjelas keseluruhan isi dari penelitian. Adapun sistematika penulisan adalah sebagai berikut: 1. BAB I : Pendahuluan Bab ini menguraikan latar belakang masalah, identifikasi rumusan masalah, tujuan dan manfaat penelitian serta batasan penelitian sebagai pengantar menuju hal yang dijadikan penelitian. 2. BAB II : Tinjauan Pustaka dan Dasar Teori Bab ini menjelaskan acuan teoritis tentang tinjauan pustaka dan dasar teori yang berhubungan dengan penelitian. 3. BAB III : Metode Penelitian Bab ini memuat penjelasan tentang bagaimana tahapan penelitian yang akan dilakukan yang kemudian dapat dilakukan analisis. 4. BAB IV : Hasil dan Pembahasan Bab ini berisi hasil perancangan dan pengujian pada asapek yang diteliti, serta hasil penelitian dan pembahasan analisis mengenai hasil dari penelitian yang telah dilakukan. 5. BAB V : Kesimpulan dan Saran Bab ini berisikan tentang kesimpulan akhir dari penelitian dan saran dari hasil penelitian yang telah dilakukan. Selain itu juga terdapat saran untuk pengembangan penelitian selanjutnya. 10