RANCANG BANGUN ALAT PENGUKUR LUAS DAUN BERBASIS PENGOLAHAN CITRA DIGITAL NASKAH PUBLIKASI diajukan oleh Yuli Haryanto 08.11.1938 kepada SEKOLAH TINGGI MANAJEMEN INFORMATIKA DAN KOMPUTER AMIKOM YOGYAKARTA YOGYAKARTA 2015
RANCANG BANGUN ALAT PENGUKUR LUAS DAUN BERBASIS PENGOLAHAN CITRA DIGITAL Yuli Haryanto 1), Sudarmawan 2), 1) Teknik Informatika STMIK AMIKOM Yogyakarta Jl Ringroad Utara, Condongcatur, Depok, Sleman, Yogyakarta Indonesia 55283 Email : yuli.h@students.amikom.ac.id 1), sudarmawan@amikom.ac.id 2) Abstract - Science of technology is always evolving and progressing in accordance with the times. The presence of technology is very helpful in work and daily life becomes easier. For example, implementation of electronic technology and informatics in agriculture. And one form of implementation is the leaf area measurement methods. Leaf area is one of the important parameters required to determine the growth of a plant. An important factor that must be considered in measuring the leaf area is the measurement accuracy and speed measurement time. From the above problems the author intends to create a digital tool for the measurement of leaf area. This tool will measure the wide of the leaves. With the tools and applications is expected to increase efficiency and speed in getting the data. Keyword: leaf area meter, digital image processing, agriculture technologi 1. Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Masalah Perkembangan teknologi mengalami kemajuan yang sangat pesat dan memiliki peran penting dalam segala bidang. Untuk proses penelitian yang dinamis dapat dibantu dengan menggunakan serangkaian proses pengolahan citra yang berurutan sesuai dengan perubahan yang terjadi, khususnya dalam bidang ilmu botani yaitu mengukur luas daun untuk mempelajari pertumbuhan dan mekanisme perkembangan pada tanaman tersebut. Adapun faktor faktor penting yang harus diperhatikan dalam mengukur luas daun adalah ketepatan hasil pengukuran dan kecepatan waktu pengukuran. Namun demikian ketepatan dan kecepatan pengukuran sangat tergantung pada alat dan cara yang digunakan atau teknik yang dipakai dalam pengukurannya. Pengukuran luas daun dilakukan dengan memetik daun maupun tanpa memetik daun. Kemudian pengukuran luas daun dengan cara scanner pada daun tersebut dan luas daun dapat dibaca dengan menggunakan sebuah alat leaf area meter (LAM). Keuntungan hasil lebih akurat tetapi harganya sangat mahal karena masih sedikit yang dijual didalam negeri, oleh karena itu alat Leaf Area Meter didatangkan langsung dari luar negeri sehingga mengakibatkan harganya menjadi sangat mahal. Hal ini akan berdampak pada produk hasil riset yang menggunakan alat Leaf Area Meter (LAM) menjadi mahal. Oleh karena itu diperlukan pembuatan alat lain seperti aplikasi Leaf Area Meter yang lebih murah harganya, dan dapat diproduksi didalam negeri dengan harga terjangkau yang mudah dibuat untuk menghitung luas daun pada suatu citra secara cepat dan automatisasi. Yaitu sebuah alat digital untuk mengukur luas daun, alat ini akan mengukur dimensi daun meliputi luas daun. Dengan aplikasi ini diharapkan dapat meningkatkan efisiensi dan kecepatan dalam mendapatkan suatu data. 1.2 Rumusan Masalah 1. Bagaimana merancang bangun aplikasi leaf area meter? 1.3 Batasan Masalah Dari rumusan masalah diatas agar penelitian ini dapat dilakukan secara mendalam supaya tidak meluas maka dari itu penulisan hanya akan difokuskan pada : 1. Inputnya berupa daun hasil capture camera, sedangkan outputnya adalah hasil dari penghitungan luas daun. 2. Lebar daun yang akan diukur tidak melebihi ukuran pada alat leaf area meter. 3. Proses pengambilan gambar menggunakan webcam dengan photo 5 mega pixel 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan yang ingin dicapai dalam pembuatan aplikasi ini supaya diperoleh Leaf Area Meter. Dengan harga lebih murah untuk menghitung luas daun. Diharapkan dapat meningkatkan efisiensi atau kecepatan dalam mendapatkan suatu data dan informasi yang dibutuhkan secara cepat, tepat dan akurat. 1.5 Manfaat Penelitian 1. Bagi bidang Pertanian Hasil penelitian luas daun dapat dijadikan sarana dalam analisis pertumbuhan tanaman, produk hasil riset menggunakan leaf area meter (LAM) menjadi murah. 2. Bagi Almamater Sebagai tambahan koleksi perpustakaan, khususnya sebagai mediauntuk menambah pengetahuan bagin rekan-rekan mahasiswa dan pembaca lainnya 1
3. Bagi Penulis Sebagai penerapan ilmu yang telah didapat selama kuliah. 1.6 Metode Penelitian Dalam penulisan tugas akhir ini, telah dicoba berbagai metode agar dapat mengumpulkan materi tulisan yang benar, akurat dan dapat dibuktikan kebenarannya. Adapun metode yang dilakukan adalah: 1.6.1 Metode Pengumpulan Data Dalam metode ini dilakukan penelitian dengan jalan mendatangi langsung mahasiswa bidang pertanian dengan maksud untuk mendapatkan data/informasi dari keadaan yang sebenarnya, dengan cara sebagai berikut : a. Wawancara (interview), yaitu mengadakan wawancara dengan pihak yang berwenang dalam memberikan data/informasi dari sistem yang sedang berjalan. b. Pengamatan (observasi), yaitu mengadakan pengamatan dan penelitian secara langsung terhadap pengukuran luas daun. 1.6.2 Metode Analisis Data Dalam metode ini digunakan buku referensi dan artikel Pengolahan Citra Digital dan Delphi Programming. Selain itu informasi didapat lewat internet sebagai referensi bahan yang berkaitan dengan pembahasan penulisan ini. manual, dihitung dengan menggunakan kertas millimeter blok. 2.4 Kalibrasi Ukuran Luas Kalibrasi adalah penyesuaian ukuran yang sebenarnya terhadap pengukuran yang dilakukan pada citra. kalibrasi sangat diperlukan ketika berhubungan dengan image dan camera, karena citra yang ditangkap oleh camera belum tentu mempunyai perbandingan ukuran yang sama. 2.5 Citra Digital 2.5.1 Pengertian Citra Digital Citra digital adalah suatu fungsi intensitas cahaya dua dimensi f(x,y) dimana x dan y merupakan koordinat, dan f pada suatu titik (x,y) merupakan intensitas atau level keabuan dari citra. 1 Setiap pasangan indek baris (y) dan kolom (x) menyatakan suatu titik pada citra. Nilai pada setiap titik tersebut menyatakan intensitas atau nilai kecerahan. Untuk selanjutnya titik-titik tersebut dinamakan sebagai elemen citra, atau pixel (picture element). 2.5.2 Akuisisi Citra 1.7 Sistematika Penulisan Laporan penelitian ini disusun secara sistematis dalam lima bab dan masing-masing bab sebagai berikut : BAB I :PENDAHULUAN BAB II :LANDASAN TEORI BAB III :ANALISIS DAN RANCANGAN SISTEM BAB IV :IMPLEMENTASI DAN PEMBAHASAN BAB V :PENUTUP BAB II Landasan Teori 2.1 Daun Daun merupakan organ fotosintetik utama dalam tubuh tanaman, dimana terjadi proses perubahan energy cahaya menjadi energy kimia dan mengakumulasikan dalam bentuk bahan kering. Pertumbuhan dan perkembangan daun menjadi perhatian utama. Berbagai ukuran dapat digunakan, seperti pengukuran luas daun dan berat daun pada waktu tertentu. 2.2 Leaf Area Meter Leaf area meter (LAM) adalah alat yang digunakan untuk mengukur luas daun dengan cara fotografi. 2.3 Perbandingan Hasil Validitas Untuk mengetahui validitas data digunakan perbandingan luasan pada daun yang dihitung secara Gambar 2.5 Contoh Proses Akuisisi Citra Digital 2 2.5.3 Model Warna RGB (Red,Green,Blue) Pengolahan warna menggunakan model warna RGB sangat mudah dan sederhana, karena informasi warna dalam komputer sudah dikemas dalam model yang sama. Hal yang perlu dilakukan adalah bagaimana kita melakukan pembacaan nilai-nilai R, G, B pada suatu pixel menampilkan dan menafsirkan warna hasil perhitungan tadi sehingga mempunyai arti sesuai dengan yang diinginkan 3. 2.5.4 Piksel Piksel adalah unsur gambar atau representasi sebuah titik terkecil dalam sebuah citra digital. Citra 1 Rafael C. Gonzalez dan Richard E. Woods, Digital Image Processing 2 nd Edition(New Jersey:Prentice- Hall,2002)hal. 1 2 Ibid. hal. 50 3 Ahmad, Usman. 2005. Pengolagan Citra Digital & Teknik Pemrogramannya. Yogyakarta: Penerbit Graha Ilmu, hal.264 2
digital tersusun dalam bentuk raster (grid atau kisi), setiap kotak atau titik yang terbentuk dari kisi tersebut dinamakan sebagai pixel (picture element). Setiap pixel yang terdapat pada suatu citra digital tentu saja memiliki koordinat (x,y) dan nilai yang menunjukkan intensitas atau nilai kecerahan. 2.5.5 Resolusi Resolusi citra merupakan nilai yang menunjukkan tingkat kerincian pada suatu citra, dapat juga dinyatakan sebagai banyak pixel per satuan panjang, dot per inch (dpi) contoh 72 dpi, 1200dpi 1. 2.5.6 Format Citra Komputer dapat mengolah isyarat-isyarat elektronik digital yang merupakan kumpulan sinyal biner (bernilai 0 atau 1). Maka citra digital harus mempunyai format tertentu yang sesuai sehingga dapat merepresentasikan obyek pencitraan dalam bentuk kombinasi data biner. Format citra yang banyak dipakai adalah citra biner, skala keabuan (grayscale), warna dan berindeks (Balza,2005) 2. 2.6 Capturing Image Capturing adalah langkah awal untuk membuat sistem dapat seakan-akan melihat, maka diperlukan pengambilan citra oleh sistem untuk di analisa. Pengambilan citra dilakukan sebelum adanya proses image segmentation, pengambilan citra melingkupi : 1. Kalibrasi 2. Menentukan Waktu Pengambilan Gambar 3. Pada sebuah sistem yang menggunakan kamera,ada sebuah pengaturan sampling time se berapa banyak kamera mengambil suatu gambar atau lebih dikenal dengan frame per second (fps), sampling time diperlukan oleh sistem untuk menentukan seberapa cepat kamera harus mengambil gambar, sehingga gambar yang ditangkap dapat langsung ditampilkan ke media output atau untuk diolah. Faktor yang biasa mempengaruhi sampling time adalah dari hardware kamera itu sendiri, beberapa pabrikan mungkin membuat spesifikasi hardware yang berbeda dengan pabrikan lainnya. 4. Penyimpanan Hasil Penangkapan Gambar 5. Gambar yang sudah ditangkap harus diproses, oleh sebab itu sistem menyimpannya pada sebuah direktori, maka sistem akan mengatur dimana letak direktori tersebut. 2.7 Pengolahan Citra Digital 2.7.1 Pengertian Pengolahan Citra Pengolahan citra (image processing) merupakan suatu sistem dimana proses dilakukan dengan masukan berupa citra (image) dan hasilnya juga berupa citra (image) (Basuki dkk, 2005 : 1) 3. 2.7.2 Tujuan Pengolahan Citra Proses pengolahan pada suatu citra biasanya dilakukan untuk beberapa alasan atau tujuan sebagai berikut 4 : 1. Memperbaiki kualitas citra, citra yang dihasilkan dapat menampilkan informasi secara jelas. Manusia dapat melihat informasi yang diharapkan dengan menginterprestasikan citra yang ada. 2. Mengekstraksi informasi, citra yang akan diolah direpresentasikan dahulu kedalam bentuk numerik untuk selanjutnya diolah secarara digital oleh computer. 2.8 Pemrosesan Citra Digital 2.8.1 Keabuan (Grayscale) Keabuan atau grayscale merupakan pemrosesan citra yang mengubah citra warna menjadi cita skala keabuan. Proses ini merupakan langkah awal yang paling banyak diterapkan dalam pengolahan citra. 2.8.2 Hitam Putih (Thresholding) Thresholding adalah proses mengubah citra berderajat keabuan menjadi citra biner atau hitam putih sehingga dapat diketahui daerah mana yang termasuk obyek dan background dari citra secara jelas. Citra hasil thresholding biasanya digunakan lebih lanjut untuk proses pengenalan obyek atau exstraksi fitur. 2.9 Perangkat Lunak yang Digunakan 2.9.1 Delphi Delphi adalah salah satu aplikasi pemrograman visual yang banyak digunakan dan cukup populer karena kemudahan dalam penggunaannya. Selain itu Delphi juga memiliki segudang fitur dan fasilitas yang memudahkan para programmer mengembangkan sebuah aplikasi 5. 1 Achmad, Balza dan Firdausy, Kartika. 2013. Teknik Pengolahan Citra Digital menggunakan Delphi. Penerbit Andi, hal.7 2 Ibid, hal.8-9 3 Basuki dkk, 2005. Pengolahan Citra Digital Menggunakan Visual Basic. Yogyakarta: Penerbit Graha Ilmu. hal. 1 4 Ibid, hal. 1-2 5 Wahana Komputer. Delphi 2010 Programming Konsep dan Implementasi. Penerbit ANDI Yogyakarta dengan Wahana Computer semarang, hal 2-3 3
BAB III Analisis dan Rancangan Sistem 3.3.1.3 Flowchart Pengolahan Citra 3.1 Tinjauan Umum 3.2 Analisis Sistem 3.2.1 Analisis Kebutuhan Sistem 3.2.1.1 Analisis Kebutuhan Fungsional 3.2.1.2 Analisis Kebutuhan Nonfungsional 3.2.2 Analisis Proses Proses pada aplikasi Leaf Area Meter yaitu proses untuk mendapatkan citra digital daun (akuisisi) dan proses pengolahan citra digital sehingga dihasilkan informasi berupa luas daun. 3.3 Perancangan Sistem 3.3.1 Perancangan Proses 3.3.1.1 Flowchart Aplikasi Leaf Area Meter Gambar 3.4 Flowchart Pengolahan Citra 3.4 Perancangan Sistem dengan UML 3.4.1 Use Case Diagram Gambar 3.2 Flowchart Aplikasi Leaf Area Meter 3.3.1.2 Flowchart Kalibrasi Gambar 3.5 Use Case Diagram 3.4.2 Activity Diagram Logika Prosedural dan jalur kerja aplikasi pengenalan dan pendalaman tentang leaf area meter. 3.4.3 Sequence Diagram Sequence digram menggambarkan interaksi antar objek didalam dan disekitar sistem yang terdiri atas dimensi vertical (waktu) dan dimensi horizontal (objekobjek yang terkait). 3.4.4 Perancangan User Interface Pada aplikasi leaf area meter hanya terdiri dari satu jendela kerja saja sebagai intinya. Tampilan Utama Aplikasi merupakan antar muka utama leaf area meter. Halaman ini memberikan informasi singkat tentang konten yang ada didalam menu-menunya. Gambar 3.3 Flowchart Kalibrasi 4
3.4.4.1 Rancangan Halaman Utama Aplikasi Pengujian ini berfokus pada persyaratan fungsional perangkat lunak. BAB IV Implementasi dan Pembahasan 4.1 Implementasi 4.2 Metode Testing 4.2.1 Black Box Test 4.2.2 White Box Test Gambar 3.14 Rancangan Halaman Utama Aplikasi 3.4.4.2 Rancangan Menu Bantuan 4.3 Manual Program Manual program cara penggunaan atau cara pemakaian aplikasi mulai dari awal. 4.4 Pembahasan Aplikasi leaf area meter adalah sebuah aplikasi yang berfungsi untuk menghitung luas daun. 4.4.1 Pembahasan interface /antar muka aplikasi 1. Halaman antar muka splash screen Gambar 3.19 Rancangan Menu Bantuan 3.4.4.3 Rancangan Menu about Gambar 4.18 Tampilan Splash Screen 2. Halaman utama aplikasi Gambar 3.20 Rancangan Menu About 3.5 Metode Testing Untuk proses pengujian akan dilakukan 2 buah pengujian yaitu black box testing dan white box testing. a. Uji White Box Uji coba white box menggunakan struktur control rancangan untuk memperoleh test cas. Didasarkan pada pengamatan yang teliti tahap detail prosedur dan jalur logika yang melewati perangkat lunak diuji dengan memberikan tase case yang menguji serangkaian kondisi atau loop tertentu b. Uji Black Box Uji coba black box yaitu pengujian spesifikasi suatu fungsi atau modul apakah berjalan dengan sesuai dengan yang diharapkan atau tidak. Gambar 4.19 Halaman Utama Aplikasi 4.4.2 Pengujian sample daun Sebagai bahan pengujian digunakan 10 jenis daun, yang memiliki luasan dan bentuk yang berbeda tentunya. Berikut ini beberapa citra daun sebagai sampel dalam pengujian. 5
BAB V Penutup 5.1 Kesimpulan Gambar 4.22 Sampel Daun Selanjutnya dari sampel daun diatas, dilakukan penghitungan luas secara manual menggunakan kertas bepetak. Daun diletakkan diatas kertas, kemudian digambar mengikuti pola daun, setelah itu baru dihitung berapa petak yang tercakup dalam area daun. Berdasarkan hasil pengujian yang dilakukan serta pengalaman selama pembuatan hingga pengujian, dapat diambil kesimpulan beberapa poin berikut ini: a. Dari hasil pengujian 10 sampel daun dapat menghasilkan keluaran atau output berupa luas daun dengan tingkat kesalahan sebesar ±2.025%, atau dengan tingkat keberhasilan 97,975%. b. Penghitungan luas dilakukan dengan menghitung pixel berwarna hitam saja sehingga proses cukup cepat. c. Kesalahan penghitungan, rata rata disebabkan karena nilai thresholding yang kurang tepat, dikarenakan intensitas cahaya pada setiap citra capture daun berbeda-beda. d. Dari hasil pengujian, memberikan indikasi yang positif akan kemungkinan untuk dikembangkannya aplikasi dengan algoritma atau teknik pengolahan citra yang lain. 5.2 Saran Gambar 4.23 Menghitung Manual Dari sepuluh jenis daun diatas, setelah dilakukan penghitungan secara manual dan otomatis menggunakan aplikasi leaf area meter diperoleh data sebagai berikut: Berdasarkan hasil yang diperoleh, beberapa kemungkinan yang dapat dilakukan untuk pengembangan aplikasi di masa yang akan datang adalah sebagai berikut : a. Sebaiknya menggunakan kamera yang memiliki resolusi yang tinggi dan pada alat di tambah penutup agar pada saat pengambilan citra daun tidak terpengaruh oleh cahaya sekitar. b. Untuk penghitungan luas daun perlu di uji coba menggunakan algoritma lain yang mungkin lebih cepat dan akurat. c. Data citra untuk pengujian diperbanyak agar diperoleh tingkat kepercayaan yang lebih tinggi. DAFTAR PUSTAKA Gambar 4.24 Hasil Penghitungan [1] Achmad, Balza dan Firdausy, Kartika. 2011. Teknik Pengolahan Citra Digital menggunakan Delphi. Yogyakarta : Penerbit Andi. [2] Ahmad, Usman. 2005. Pengolahan Citra Digital & Teknik Pemrogramannya. Yogyakarta : Penerbit Graha Ilmu. [3] Achmad B., Jozua F., dan Fatchurrochman. 2005. Pemrograman Citra Digital menggunakan Visual Basic, Yogyakarta : Penerbit Graha Ilmu. [4] Rafael C. Gonzalez dan Richard E. Woods. 2008. Digital Image Processing 2 nd edition. New Jersey : Prentice Hall. [5] Al Fatta, Hanif. 2007 Analisis & Perancangan Sistem Informasi Untuk Keunggulan Bersaing 6
Perusahaan dan Organisasi Modern. Penerbit: Penerbit ANDI Yogyakarta. [6] Sutoyo, T., Edy Mulyanto, Vincent Suhartono, Oky Dwi nurhayati dan Wijanarto. 2009. Teori Pengolahan Citra Digital. UDINUS Semarang dan ANDI Yogyakarta. [7] Sandi Purnama Jaya. 2013. Laporan Praktikum Dasar Agroteknologi. Universitas Mercu Buana Yogyakarta. Biodata Penulis Yuli Haryanto, menempuh pendidikan strata 1 Jurusan Teknik Informatika di STMIK AMIKOM Yogyakarta. Sudarmawan, memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro (ST) di Universitas Gadjah Mada Yogyakartadan memperoleh gelar Magister Teknik Elektro (MT) di Universitas Gadjah Mada Yogyakarta. Saat ini menjadi Dosen di STMIK AMIKOM Yogyakarta. 7