Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan III 2015 Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
ISBN 978-602-98569-1-0
METODE ACTIVE CONTOUR BERBASIS LEVEL SET UNTUK SEGMENTASI TINGKAT KERUSAKAN JALAN RAYA (STUDI KASUS JALAN DI SURABAYA) Tutuk Indriyani, Dwi Ratnasari Teknik InformatikaInstitut Teknologi Adhitama Surabaya, Email:
[email protected] ABSTRAK Sebagai salah satu prasarana transportasi darat yang sangat vital, jalan harus bisa memberikan kesan aman, nyaman, tenang dan enjoy bagi semua penggunanya baik para pejalan kaki maupun pengendara kendaraan bermotor. Dengan semakin meningkatnya volume kendaraan yang berbanding terbalik dengan kondisi ruas jalan yang semakin menyempit dan banyak lubang telah membuat jalan menjadi kumuh, kotor, macet dan angka kecelakaan semakin tinggi. Untuk mengatasi permasalahan diatas maka perlu adanya suatu sistem yang dapat memberikan informasi sebuah kondisi jalan raya yang mengalami kerusakan dengan cepat dan tepat. Dalam Penelitian ini menggunakan metode active contour berbasis level set untuk mensegmentasi tingkat kerusakan jalan raya. Penelitian ini mengambil dua puluh sample citra jalan raya di Surabaya. Dari sample tersebut di segmentasi dengan metode active contour berbasis level set. Cara kerja dari metode tersebut akan mensegmentasi image jalan raya yang rusak dengan kurva yang bergerak dinamis mendeteksi tepi obyek serta dapat memisahkan atau menggabungkan secara alami selama evolusi kurva sehingga kurva tidak terjebak oleh obyek lain yang bukan image jalan rusak dengan inisialisasi kurva yang dilakukan secara otomatis. Kemudian dari hasil segmentasi tersebut akan dicari luas jalan raya yang mengalami kerusakan. Kontribusi penelitihan ini untuk ipteks adalah Penerapan sebuah metode baru yang mengintegrasikan metode active contour berbasis level set yang diterapkan pada obyek jalan rusak. Manfaat dari penelitian ini adalah mengetahui kinerja program pada metode active contour berbasis level set pada obyek jalan rusak yang didapatkan akurasi 87.6%. Kata Kunci : segmentasi kerusakan jalan raya, active contour, level set, segmentasi.
PENDAHULUAN Di tengah perkembangan teknologi yang semakin pesat dewasa ini, mau tidak mau telah membuat siklus akan kebutuhan komputerisasi di segala aspek pun mengalami peningkatan. Tak terkecuali bidang sarana transportasi yang notabene memegang peran yang begitu vital dalam kehidupan sehari-hari. Utamanya sebagai prasarana perhubungan darat yang sangat membantu kinerja manusia.Sebagai salah satu prasarana transportasi darat yang sangat vital, jalan harus bisa memberikan kesan aman, nyaman, tenang dan enjoy bagi semua penggunanya baik para pejalan kaki maupun pengendara kendaraan bermotor. Dengan semakin meningkatnya volume kendaraan yang berbanding terbalik dengan kondisi ruas jalan yang semakin menyempit dan berlubang telah membuat jalan menjadi kumuh, kotor, macet dan tingkat kecelakaan semakin tinggi. Adapun sistem yang dipakai dalam usaha memudahkan pemberian informasi tingkat kerusakan jalan raya adalah melakukan deteksi citra tingkat kerusakan jalan raya dengan menggunakan metode active contour berbasi level set . - 327 -
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan III 2015 Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
ISBN 978-602-98569-1-0
Active contour yang diusulkan disini adalah active contour berbasis level set memiliki beberapa kelebihan, yaitu dapat mendeteksi boundary dari obyek dimana sebuah contour tersebut dapat berpisah atau bergabung secara alami selama evolusi kurva dan bergerak dinamis dari posisi awal menuju obyek yang diharapkan. Kemudian dari hasil segmentasi tersebut akan dicari luas jalan yang mengalami kerusakan , yang nantinya bisa didapatkan hasil analisa dari deteksi citra tingkat kerusakan jalan raya. Pada penelitian ini, sampel yang diambil dari sebuah citra jalan raya rusak. Pada penelitian sebelumnya telah dilakukan pengukuran lebar dari cortical bone [1] dengan menarik garis tegak lurus terhadap cortical bone menuju mental foramen. Pada penelitian ini akan dicari bagaimana menentukan sebuah citra kerusakan jalan raya dengan menggunakan metode active contour berbasis level set dapat menghasilkan evolusi kurva tepat pada boundary obyek sehingga dapat menggambarkan fitur kerusakan jalan dengan jelas.
Gambar 1. Foto jalan rusak. DASAR TEORI Active Contour Snake Active contour adalah berupa kurva yang dinamis yang dapat bergerak karena pengaruh internal dan external force, yang mana kurva tersebut akan menuju pada tepi dari obyek yang diinginkan. Langkah pertama dilakukan adalah dengan melakukan inisialisasi kurva yang dekat dengan obyek, kemudian kurva tersebut bergerak menuju tepi dari obyek tersebut. Bentuk dari kurva akan menyesuaikan dengan sendirinya dengan bentuk dari tepi obyek itu, walaupun bentuk dari tepi tersebut tidak beraturan. Kurva akan berhenti mengembang bergerak jika kurva tersebut telah membungkus mengelilingi obyek tersebut. Tujuan dari Active Contour adalah membentuk sebuah model active contour dengan waktu dan biaya yang minimal dalam melakukan segmentasi, dan dapat bekerja dengan baik tanpa adanya informasi dari image tersebut sehingga dapat melakukan segmentasi terhadap obyek yang diharapkan, sedangkan obyek yang lain akan dibuang. Formulasi active countor dirumuskan seperti pada persamaan (1)
F1 (C ) F2 (C )
0 inside ( C )
2
c1 dxdy
0 outside ( C )
2
c2 dxdy
Pada kasus yang sederhana, C0 adalah minimizer dari fitting term. - 328 -
(1)
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan III 2015 Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
ISBN 978-602-98569-1-0
inf F1 (C ) F2 (C ) 0 F1 (C0 ) F2 (C0 )
(2)
C
Pada aktive contour without edge, akan meminimalkan fitting term dan menambahkan beberapa regulasi term, seperti panjang dari kurva C dan luas dari region didalam C.
F (c1 , c 2 , C ) Length (C ) v Area (inside (C ))
2
0
( x , y ) c1 dxdy
inside ( C )
0 outside ( C )
2
(3)
( x , y ) c 2 dxdy
Dimana panjang kurva dirumuskan: Panjang busunya:
1 ( y ' ) 2 dx
(4)
C
Luas area dirumuskan : L=
1 1 ( xdy ydx) ( xy ' y )dx 2C 2C
(5)
Jadi formulasi Active Contour
F (c1 , c 2 , C )
1 ( y ' ) 2 dx
C
1 ( xy ' y ) dx 2 C 2
0 ( x , y ) c1 dxdy
inside ( C )
2
(6)
0 ( x , y ) c 2 dxdy
outside ( C )
Level Set Metode level set pertama kali diusulkan oleh J. Sethian dan S.Osher pada tahun 1988. Metode level set adalah metode numeric yang umum untuk perubahan dari front (kurva). ini banyak digunakan pada surface evolution dan perubahan pada topologi. Pada pendekatan level set, problem didefinisikan pada dimensi yang lebih tinggi. Fungsi level set didefinisikan sebagai berikut :
z ( x , y , t 0)
(7)
dimana bidang (x,y) mengandung contour, dan z=signed Euclidean distance transform value( bernilai negative jika didalam contour yang tertutup, dan bernilai positif jika berada di luar contour). Untuk menggerakkan contour adalah dengan menggerakkan fungsi level set, ( x, y, t ) keatas atau kebawah, dsb. Ilustrasi ini dapat dilihat pada gambar sebagai berikut. - 329 -
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan III 2015 Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
ISBN 978-602-98569-1-0
Gambar 2 Transformasi pergerakan front pada Level Set Dimana contour didefinisikan sebagai zero level set. Zero level set ( berwarna biru ) pada setiap waktu adalah irisan dari permukaan level set (berwarna merah). Seiring berjalannya waktu, permukaan level set selalu berubah dan zero level set yang baru dapat terbentuk dan didefinisikan sebagai contour yang baru. Untuk menggerakkan permukaan level set adalah sebagai berikut : 1. Mendefinisikan medan kecepatan F, yang menjelaskan perpindahan contour terhadap waktu. Ini juga tergantung aplikasi yang digunakan terutapa yang fisik seperti waktu, posisi, normal, curvature, image gradient magnitude. 2. Membangun initial value untuk fungsi level set yaitu ( x, y, t 0) , yang tergantung pula terhadap posisi awal dari contour. 3. Mengatur nilai terhadap waktu, yaitu contour pada saat t didefinisikan oleh
( x(t ), y (t ), t ) 0 METODE Blok Diagram Sistem Secara garis besar, desain sistem pada penelitian ini dapat dibagi menjadi tuju tahap. Tahap pertama adalah input citra jalan raya berlubang. Tahap kedua adalah mempertajam atau smooth image jalan berlubang dengan Gaussian. Tahap ketiga inisialisasi kurva secara otomatis pada citra jalan raya. Tahap keempat menghitung active contour berbasis level set pada citra jalan raya. Tahap kelima evolusi kurva pada citra active contour berbasis level set. Tahap keenam mengklasifikasi tingkat kerusakan jalan raya, tahap terakhir menghitung kinerja pada program active contour berbasis level set dengan menghitung kinerja berupa akurasi serta evaluasinya . Tahap-tahap ini dapat dilihat pada Gambar 3.
- 330 -
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan III 2015 Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
ISBN 978-602-98569-1-0
Gambar 3. Blok diagram sistem Pengambilan Sample Jalan Raya Tahapan awal dari penelitian ini akan dipilih jalan raya di Surabaya yang meliputi Jalan Arief Rahman Hakim, Jalan Semolo Waru, Jalan Kertajaya, Jalan Rungkut Madya . Dari format citra berupa tif akan diambil 20 sampel setiap jalan dangan ukuran sebesar 256x256 pixel. Smooth Citra Jalan Raya dengan Gaussian Sebelum dilakukan inisialisasasi kurva pada citra jalan berlubang terlebih dahulu dilakukan pentajaman atau penghalusan pada citra jalan berlubang, ini dilakukan agar pada saat pergerakan kurva ke obyeknya sesuai dengan tujuannya. Inisialisasi Kurva Pada Citra Jalan Raya Langkah selanjutnya adalah inisialisasi kurva yang dilakukan pada citra jalan raya yang telah diproses sebelumnya atau difilter dengan metode Gaussian. Lokasi inisialisasi diharapkan berada di luar yang merepresentasikan daerah jalan raya yang berlubang. Ini dilakukan untuk menghindarkan kurva terjebak pada tepi yang bukan merepresentasikan sebuah jalan yang berlubang. Inisialisasi kurva dilakukan secara manual.
- 331 -
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan III 2015 Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
ISBN 978-602-98569-1-0
Gambar 4. Inisialisasi Kurva Pada Jalan Raya Rusak HASIL DAN PEMBAHASAN Evolusi Kurva dengan Metode Active Contour Berbasis Level Set Pada Citra jalan Raya Secara rumusan pada level set, daerah tepat pada boundary direpresentasikan oleh zero level set atau =0, daerah didalam obyek dipresentasikan dengan nilai positif atau >0, sedangkan daerah diluar obyek direpresentasikan dengan nilai negative atau <0, oleh fungsi Lipschitz 0 : R , yaitu
C x, y : ( x, y ) 0 inside(C ) x, y : ( x, y ) 0 outside(C ) \ x, y : ( x, y ) 0
Gambar 5. Hasil Evolusi Kurva Dengan Metode Active Contour Berbasis Level Set
- 332 -
(8)
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan III 2015 Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
ISBN 978-602-98569-1-0
Gambar 7. Luas Jalan Yang Rusak
Menghitung Kinerja. Hasil akhir deteksi kerusakan jalan raya akan dihitung akurasi. Untuk menghitung akurasi dengan melihat acuan pada Tabel 3.1. TP adalah True Positive, yaitu jalan berlubang dideteksi sebagai jalan berlubang. FP adalah False Positive, yaitu jalan berlubang tidak dideteksi sebagai jalan berlubang. FP adalah False Positive, yaitu bukan jalan berlubang dideteksi sebagai jalan berlubang. TN adalah True Negative, adalah bukan jalan berlubang dideteksi sebagai bukan jalan berlubang. Perhitungan akurasi dapat ditunjukkan pada persamaan (9). Tabel 1. Menentukan akurasi. Ground Truth Jalan Bukan jalan berlubang berlubang True False Positive Positive (TP) (FP)
Jalan berlubang Program
False Negative (FN)
Bukan jalan berlubang
True Negative (TN)
Berdasarkan Tabel 1 untuk mengukur kinerja dari program berintegrasi dengan level set, dapat dihitung akurasinya. Persamaaan akurasi ditunjukkan pada persamaan (9).
Akurasi
TP FN X 100% TP TN FP FN
dimana : - 333 -
(9)
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan III 2015 Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
ISBN 978-602-98569-1-0
TP : True positive, yaitu jalan berlubang dideteksi sebagai jalan berlubang. FN : False negative, yaitu jalan berlubang dideteksi bukan jalan berlubang. FP : False positive, yaitu bukan jalan berlubang dideteksi jalan berlubang. TN : True Negative, yaitu bukan jalan berlubang dideteksi bukan jalan berlubang.
Hasil Uji Coba Uji coba yang dialakukan menggunakan 10 obyek pada tahap uji coba akan dihitung kinerjanya dan klasifikasinya. Perhitungan kinerjanya adalah dilihat dari akurasi, sensitifitas, dan spesifisitas. Data yang didapatkan berdasarkan percobaan dapat dilihat pada pada tabel 2. Table 2. Akurasi, Sensitifitas, Spesifisitas pada kerusakan jalan dengan Active Contour berbasis Level Set No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Data asli dan hasil segmentasi Data 1 Data 2 Data 3 Data 4 Data 5 Data 6 Data 7 Data 8 Data 9 Data 10
Akurasi
Sensitifitas
Spesifisitas
90% 92% 85% 86% 85% 90% 91% 88% 89% 80%
91% 89% 90% 89% 85% 89% 91% 81% 83% 84%
85% 90% 91% 88% 86% 87% 85% 90% 85% 82%
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan yang dapat diambil adalah hasil akhir dari kinerja pada program,Akurasi terbaik yang didapat adalah 92% Sedangkan akurasi terendah adalah 80% Sensitifitas terbaik adalah 91%, sedangkan sensitifitas terendah adalah 81% Spesifisitas terbaik adalah 91%, sedangkan spesifisitas terendah adalah 82% Nilai rata-rata akurasi 87.6%, Sedangkan nilai rata-rata Sensitifitas adalah 87.2% dan nilai rata-rata Spesifitas 86.9% Saran pada penelitian ini adalah Dalam melakukan evaluasi untuk penelitihan berikutnya dievaluasi dari segi ruang, waktu, dan biaya pada program. DAFTAR PUSTAKA [1]
Arifin A.Z., Asano, A., Taguchi, A., Nakamoto, T., Ohtsuka, M., and Tanimoto K. (2005), Computer-aided System for Measuring the Mandibular Cortical Width on Panaromic Radiographs in Osteoporosis Diagnosis, Medical Image 2005 : Image Processing, Vol. 5747, hal.813-821. - 334 -
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan III 2015 Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
[2]
[3] [4]
[5] [6]
ISBN 978-602-98569-1-0
Gonzales, R.C., Woods, R.E., dan Eddins, S.L. (2008), Digital Image Processing Using Matlab, dalam Segmentation Using the watershed Transform, ed. Horton, M.J., Prentice Hall, hal. 417-425. J. A. Sethian (1999), Level Set Methods and Fast Marching Methods. University of California, Berkeley. Tony F.Chan and Luminita A. Vese(2000), Image Segmentasi Using Level Set and the Piecewise-constant Mumforrd-Shah Model, Department of Mathematics, University of California, Los Angeles,405 Hilgard Avenue,CA 90095-1555,U.S.A. Tony F.Chan and Luminita A. Vese (2002), Active Contour Without Edge,IEEE Transaction on Image Processing. Tutuk Indriyani, Agus Zainal Arifin ,Rully Soelaiman (2009), Segmentasi Cortical Bone Pada Dental Panoramic Radiograph Menggunakan Watershed berinteraksi dengan Active Contour berbasis level set, Tesis Magister, jurusan Teknik Informatika FTIF-ITS,Surabaya.
- 335 -
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan III 2015 Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
ISBN 978-602-98569-1-0
Halaman ini sengaja dikosongkan
- 336 -
