Content uploaded by Dwi Ratnasari
Author content
All content in this area was uploaded by Dwi Ratnasari on Apr 25, 2024
Content may be subject to copyright.
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan III 2015 ISBN 978-602-98569-1-0
Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
- 327 -
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: Tutuk223@gmai.com
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 .
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan III 2015 ISBN 978-602-98569-1-0
Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
- 328 -
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)
)(
2
20
)(
2
1021
)()(
CoutsideCinside
dxdycdxdycCFCF
(1)
Pada kasus yang sederhana, C
0
adalah minimizer dari fitting term.
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan III 2015 ISBN 978-602-98569-1-0
Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
- 329 -
)()(0)()(inf
020121
CFCFCFCF
C
(2)
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.
)(
2
20
)(
2
10
21
),(),(
))(()(),,(
CoutsideCinside
dxdycyxdxdycyx
CinsideAreavCLengthCccF
(3)
Dimana panjang kurva dirumuskan:
Panjang busunya:
dxy
C
2
)'(1
(4)
Luas area dirumuskan :
L =
dxyxyydxxdy
CC
)'(
2
1
)(
2
1
(5)
Jadi formulasi Active Contour
)(
2
20
)(
2
10
2
21
),(),(
)'(
2
1
)'(1),,(
CoutsideCinside
CC
dxdycyxdxdycyx
dxyxydxyCccF
(6)
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 :
)0,,(
tyxz
(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,
),,( tyx
keatas atau kebawah, dsb. Ilustrasi ini dapat dilihat pada gambar sebagai berikut.
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan III 2015 ISBN 978-602-98569-1-0
Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
- 330 -
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
)0,,(
tyx
, yang
tergantung pula terhadap posisi awal dari contour.
3.
Mengatur nilai terhadap waktu, yaitu contour pada saat t didefinisikan oleh
0)),(),((
ttytx
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.
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan III 2015 ISBN 978-602-98569-1-0
Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
- 331 -
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.
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan III 2015 ISBN 978-602-98569-1-0
Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
- 332 -
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
R:
0
, yaitu
0),(:,\)(
0),(:,)(
0),(:,
yxyxCoutside
yxyxCinside
yxyxC
(8)
Gambar 5. Hasil Evolusi Kurva Dengan Metode Active Contour Berbasis Level Set
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan III 2015 ISBN 978-602-98569-1-0
Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
- 333 -
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
berlubang
Bukan jalan
berlubang
Program
Jalan
berlubang
True
Positive
(TP)
False
Positive
(FP)
Bukan jalan
berlubang
False
Negative
(FN)
True
Negative
(TN)
Berdasarkan Tabel 1 untuk mengukur kinerja dari program berintegrasi dengan level
set, dapat dihitung akurasinya. Persamaaan akurasi ditunjukkan pada persamaan (9).
FNFPTNTP
FNTP
Akurasi
X 100% (9)
dimana :
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan III 2015 ISBN 978-602-98569-1-0
Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
- 334 -
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 Data asli dan hasil
segmentasi Akurasi Sensitifitas Spesifisitas
1
Data 1
90%
91%
85%
2
Data 2
92%
89%
90%
3
Data 3
85%
90%
91%
4
Data 4
86%
89%
88%
5
Data 5
85%
85%
86%
6
Data 6
90%
89%
87%
7
Data 7
91%
91%
85%
8
Data 8
88%
81%
90%
9
Data 9
89%
83%
85%
10
Data 10
80%
84%
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.
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan III 2015 ISBN 978-602-98569-1-0
Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
- 335 -
[ 2 ] 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.
[ 3 ] J. A. Sethian (1999), Level Set Methods and Fast Marching Methods. University of
California, Berkeley.
[ 4 ] 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.
[ 5 ] Tony F.Chan and Luminita A. Vese (2002), Active Contour Without Edge,IEEE
Transaction on Image Processing.
[ 6 ] 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.
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan III 2015 ISBN 978-602-98569-1-0
Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
- 336 -
Halaman ini sengaja dikosongkan