METODE PENDETEKSIAN TEPI SOBEL DAN CANNY UNTUK PENGUKURAN DIAMETER SERAT NONWOVEN POLYCARBOSILANE

SEMINAR NASIONAL XI SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 15 SEPTEMBER 2015 ISSN 1978-0176 _______________________ ________________________________________________ _____________________________________________

METODE PENDETEKSIAN TEPI SOBEL DAN CANNY UNTUK PENGUKURAN DIAMETER SERAT NONWOVEN POLYCARBOSILANE Slamet Pribadi, Pranjono, Triarjo, Deni Mustika, Jan Setiawan Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir - BATAN, Tangerang Selatan, Indonesia, [email protected] ABSTRAK METODE PENDETEKSIAN TEPI SOBEL DAN CANNY UNTUK PENGUKURAN DIAMETER SERAT NONWOVEN POLYCARBOSILANE. Telah dilakukan pemrosesan citra digital berupa pendeteksian tepi metode Sobel dan Canny pada citra serat Nonwoven Polycarbosilane (PCS) yang dibuat dengan menggunakan teknik electrospinning. Pemrosesan citra berupa pendeteksian tepi dilakukan untuk pengukuran diameter serat. Pemrosesan citra dan pengukuran diameter dilakukan dengan menggunakan aplikasi ImageJ. Pengukuran diameter dilakukan dengan pengukuran langsung jarak antara dua garis tepi serat. Hasil pendeteksian tepi dari metode Canny menunjukkan hasil pendeteksian tepi yang lebih baik dengan kesalahan piksel yang lebih rendah dibandingkan metode Sobel. Dari distribusi diameter serat Nonwoven Polycarbosilane yang teramati diperoleh rata-rata sebesar 6,732 ± 2,102 µm. Kata Kunci: diameter, serat nonwoven, PCS, metoda pendeteksian tepi.

ABSTRACT SOBEL AND CANNY EDGE’S DETECTION METHOD FOR DIAMETER MEASUREMENT OF POLYCARBOSILANE NONWOVEN FIBERS. Edge detection digital image process by Sobel and Canny method of Polycarbosilane nonwoven fibers images produced by electrospinning process has been done. Image processing for diameter measurement has been done. Image processing and diameter measurement has been done by direct distances measurement of two lines corresponding to the edge’s of the fiber. The result of the Canny edge’s detection show better lines with low pixel error compared to the Sobel method. The distribution of diameter the nonwoven polycarbosilane fibers show the average diameter value at 6,732 ± 2,102 µm. Keywords: diameter, nonwoven fiber, PCS, edge detection method.

PENDAHULUAN Serat nonwoven merupakan rajutan serat berupa lembaran yang ikatannya disebabkan oleh gaya gesekan dan/atau kohesi maupun adhesi [1]. Beberapa kesulitan dalam pengukuran diameter serat nonwoven antara lain: Bagaimana memperoleh citra yang baik untuk dianalisis, bagaimana mendesain algoritma yang praktis untuk memperoses citra serat nonwoven [2]. Citra yang diperoleh dari mikroskop perlu dilakukan proses image processing dengan tujuan untuk memperoleh informasi

citra yang akurat [3]. Gonzales (2002) dalam [3] menunjukkan beberapa cara pemrosesan signal digital untuk meningkatkan kualitas citra seperti: pengaturan brightness dan contrast, pendeteksian tepi, noise reduction, pengaturan fokus, motion blur reduction dan lainnya. Untuk penentuan diameter serat nonwoven, pemrosesan signal digital yang perlu dilakukan adalah pendeteksian tepi [46]. Pendeteksian tepi merupakan proses untuk menentukan tepi dari sebuah citra [3,7]. Tepi mengandung sifat yang istimewa dan mengandung informasi penting. Pendeteksian tepi dilakukan bertujuan untuk mengurangi jumlah data secara signifikan

_______________________ ________________________________________________ _____________________ 248


dan memilah informasi yang tidak relevan dengan mempertahankan karakteristik struktur yang penting dari sebuah citra. Pendeteksian tepi dapat mengeliminasi redudansi data pada citra [3]. Metode Sobel merupakan metode pendeteksian tepi berupa operator diferensial turunan pertama yang melakukan komputasi pendekatan dari gradien fungsi intensitas citra yang dikembangkan oleh Sobel dan Feldman tahun 1968 [3]. Pendeteksian tepi metode Sobel yaitu mengukur gradien pada spasial 2-D sebuah citra dan menguatkan daerah dengan frekuensi spasial yang tinggi yang berkorespondensi dengan tepi. Metode Sobel menggunakan mask gradien 3×3. Dimana mask ini yang akan mengganti nilai piksel pada citra mulai baris awal hingga baris terakhir [3,8]. Metode Canny merupakan pendeteksian tepi yang dikembangkan oleh John F. Canny tahun 1986, yang menggunakan algoritma multi tingkat untuk mendeteksi tepi sebuah citra pada rentang yang lebar. Metode ini merupakan pendeteksi tepi turunan kedua . Pendeteksian tepi Canny merupakan pendeteksi tepi yang kompleks dimana citra yang diproses dilakukan proses noise reduction. Saat algoritma Canny diaplikasikan, sudut (arah) dan besar gradien citra yang diperoleh akan digunakan untuk menentukan bagian tepi. Titik tepi dalam metode ini didefinisikan sebagai titik yang memiliki gradien dengan nilai maksimum lokal dalam arah gradiennya [3,7]. Dalam kajian ini dilakukan pendeteksian tepi serat dari citra mikroskop yang diperloeh menggunakan metode Sobel dan Canny. Hasil pendeteksian tepi tersebut akan digunakan sebagai batas tepi dalam pengukuran diameter citra serat nonwoven Serat nonwoven polycarbosilane. polycarbosilane ini akan digunakan sebagai bahan pengisi dalam pembuatan komposit kelongsong bahan bakar nuklir. TATA KERJA Serat nonwoven PCS dibuat dengan melarutkan polycarbosilane (PCS) dengan toluena dan N,N-dimethylformamide (DMF). Pengadukan larutan dilakukan selama 36 jam. Larutan PCS diumpankan ke peralatan

electrospinning dari Nabond dengan susunan vertikal. Parameter proses yang diberikan untuk proses pembuatan serat, laju larutan umpan sebesar 3 mL/jam, tegangan listrik sebesar 10 kV dan jarak antara ujung jarum ke kolektor sejauh 120 mm. Kolektor yang digunakan untuk menampung serat digunakan kawat kisi sebesar 150 mm × 150 mm dengan ukuran kisi sebesar 5 mm × 5 mm seperti ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Serat nonwoven PCS hasil electrospinning.

Gambar 2. Mikroskop Optik Nikon Epiphot. Dari kolektor dilakukan pencuplikan serat dan ditaruh diatas kaca preparat ukuran 20 × 20 mm dengan dasarnya diberi warna hitam. Sampling serat diamati dengan menggunakan mikroskop optik Nikon Epiphot yang dilengkapi dengan kamera digital seperti pada Gambar 2 untuk merekam citra. Pengamatan serat pada mikroskop optik dilakukan pada perbesaran 100 kali. Untuk menentukan ukuran serat dalam satuan mikrometer dilakukan pengambilan citra tile yang merupakan kalibrator satuan panjang yang akan digunakan sebagai kalibrator satuan panjang saat pengukuran diameter serat menggunakan aplikasi ImageJ [9,10]. Proses pengolahan citra dalam aplikasi ImageJ diawali dengan mengubah citra menjadi citra hitam-putih dengan kedalaman 8 bit dengan fasilitas process-binary dalam aplikasi ImageJ. Pengubahan citra dengan

_______________________ ________________________________________________ _____________________ 249


proses tersebut tingkat threshold ditentukan dengan menganalisis citra secara keseluruhan. Pendeteksian tepi serat dilakukan menggunakan metode Sobel yang merupakan metode dasar yang digunakan pada fasilitas process-find edges dalam aplikasi ImageJ. Sedangkan metode Canny merupakan plugins yang dapat ditambahkan dalam aplikasi ImageJ. Dalam analisis pendeteksian citra yang menggunaan kedua metode tersebut dilakukan pengamatan terhadap histogram citra untuk melihat jumlah piksel pada citra. Pengukuran diameter serat pada citra dilakukan dengan terlebih dahulu penentuan skala gambar dengan kalibrator tile yang akan membantu dalam mengubah piksel ke satuan panjang mikrometer. Penentuan diameter serat dibuat garis tegak lurus terhadap garis yang mewakili tepi serat yang dihasilkan dari proses pendeteksian tepi.

Gambar 3.a dan 3.b merupakan citra mikroskop optik serat nonwoven PCS hasil electrospinning dengan perbesaran 100 kali. Orientasi serat yang acak dan jalinan serat yang tidak rapat terlihat pada Gambar 3, sehingga terlihat pori (ditunjukkan oleh tanda panah) di dalam lembaran. Morfologi pada serat tunggalnya secara keseluruhan menunjukkan tidak ada pori. Dari Gambar 3, citra mikroskop optik serat menunjukkan citra dengan piksel yang terlalu rumit sehingga sulit untuk dianalisis. Oleh karena itu, dilakukan pendekatan pendeteksian tepi agar dapat ditentukan tepi serat sehingga dapat dilakukan penggukuran diameter. Dua metode pendeteksian tepi yang digunakan dalam kajian ini, yaitu metode Sobel dan Canny. Pada Gambar 4 disajikan perbandingan pendeteksian tepi antara penggunaan metode Sobel dengan Canny terhadap citra mikroskop optik dari Gambar 3.b.

HASIL DAN PEMBAHASAN Dari pengamatan mikroskop optik diperoleh citra serat nonwoven PCS seperti ditampilkan pada Gambar 3.

(a)

(a)

(b) Gambar 4. Hasil pendeteksian tepi citra serat PCS menggunakan metode (a) Sobel dan (b) Canny, pada aplikasi ImageJ

(b) Gambar 3. Citra mikroskop optik serat nonwoven PCS.

Pedeteksian tepi yang dilakukan dengan kedua metode terlihat menunjukkan hasil pendeteksian yang relatif serupa. Perbedaan dari kedua metode tersebut secara

_______________________ ________________________________________________ _____________________ 250


grafis terlihat hasil pendeteksian tepi menggunakan metode Sobel terlihat adanya kelebihan piksel pada area deteksi yang sama dengan model Canny. Kelebihan piksel tersebut ditunjukkan oleh tanda panah pada Gambar 4.a. Piksel yang dihasilkan dari pendekatan tepi metode Sobel, merupakan hasil dari matriks mask dimana tiap elemennya merupakan pendekatan hasil penjumlahan dari elemen horizontal dan elemen vertikalnya. Hasil grafis yang menunjukkan piksel yang lebih banyak dibandingkan metode Canny, disebabkan pada daerah tersebut memiliki frekuensi spasial yang tinggi sehingga dianggap tepi [3]. Berbeda dengan metode Canny yang melakukan pendeteksian tepi dengan meminimalisir signal to noise ratio (SNR), kesalahan posisi piksel tepi yang serendahrendahnya dengan melakukan penentuan tepi yang tepat, dan apabila muncul kesalahan posisi piksel maka akan dipisahkan. Metode Canny hanya akan memperlakukan tepi dengan satu piksel [4].

y x Gambar 5. Citra serat nonwoven PCS yang telah dilakukan pendeteksian tepi dan pengukuran diameter serat menggunakan aplikasi ImageJ. Pada Gambar 5 disajikan pengukuran diameter serat dengan menggunakan metode langsung dalam aplikasi ImageJ. Hasil pendeteksian tepi dengan kedua metode yang relatif serupa, dipilih hasil pendeteksian tepi metode Canny untuk pengukuran diameter serat. Pengukuran jarak antara dua tepi yang berdekatan dilakukan dengan menghubungkan dua tepi tersebut dengan garis lurus. Nilai panjang garis ditentukan oleh aplikasi yang sebelumnya telah dikalibrasi dengan skala gambar yang ada. Perolehan nilai diameter untuk sepuluh garis

dari serat berbeda sehingga dapat terlihat distribusi diameter serat seperti yang disajikan pada Tabel 1. Pendeteksian tepi dari kedua metode yang digabungkan dengan citra mikroskop optik pada Gambar 5 terlihat tidak semua serat dapat dibedakan gradasi tepinya. Serat yang tidak dapat dibedakan ditunjukkan dengan tanda panah. Pada daerah tersebut bila dilakukan pengukuran langsung akan menghasilkan nilai diameter yang jauh lebih besar. Oleh karena itu, penentuan diameter dengan metode langsung dilakukan dengan mengeliminasi nilai diameter pada daerah tersebut. Tabel 1. Nilai diameter serat dari pengukuran langsung dengan pendeteksian tepi metode Canny. Sudut antara garis Diameter serat No. penanda diameter (µm) o terhadap sumbu-x ( ) 1. 45,000 9,037 2. 53,973 8,691 3. 29,745 2,576 4. 75,964 3,952 5. 48,366 7,536 6. 41,186 6,935 7. 43,264 7,536 8. 21,251 5,933 9. 70,201 8,625 10. 31,430 6,502 Hasil pengukuran serat nonwoven PCS pada Tabel 1 menunjukkan orientasi serat relatif terhadap sumbu-x dan diameter serat. Orientasi serat yang terlihat tidak saling tegak lurus satu dengan yang lainnya, melainkan membentuk sudut tertentu antara satu dengan yang lainnya. Nilai diameter serat terlihat nilainya relatif bervariasi. Hal ini menunjukkan serat yang diproduksi dari proses electrospinning memiliki diameter yang tidak homogen yang dapat dipengaruhi oleh karakteristik larutan dan laju alir larutan dan orientasi serat yang acak akan menunjukkan karakteristik isotropik. Namun, dari pengukuran diameter dengan memilih sepuluh serat, terdapat dua serat yang nilai diameternya kurang dari 5 µm. Nilai diameter yang diperoleh tersebut kemungkinan merupakan nilai diameter serat sebenarnya atau bukan, sangat mungkin citra serat yang dianalisis tidak berbentuk silinder

_______________________ ________________________________________________ _____________________ 251


sempurna, melainkan berupa pita [9]. Ketika bentuknya berupa pita maka akan terjadi pelebaran disalah satu sisi dan di sisi lain akan mengalami penipisan. Orientasi serat yang acak akan membuat penampakan serat yang tidak mudah untuk diamati. Dari distribusi diameter serat pada Tabel 1, ditentukan rata-rata diameter serat diperoleh sebesar 6,732 µm dengan standar deviasi sebesar 2,102 µm. KESIMPULAN Pendeteksian tepi pada citra mikroskop optik dari serat PCS menggunakan metode Canny diperoleh citra pendeteksian tepi yang lebih baik dibandingkan dengan metode Sobel, terlihat dari kelebihan piksel dalam pendeteksian tepinya. Untuk keperluan pengukuran diameter serat hasil pendeteksian tepi kedua metode masih dapat digunakan. Dari pengukuran jarak antara dua tepi yang dihasilkan dari pendeteksian tepi diperoleh rata-rata diameter serat nonwoven sebesar 6,732 ± 2,102 µm. DAFTAR PUSTAKA 1.

2.

3.

4.

Sinha, M.K., Das, B.R., Mishra, R., Ranjan, A., Srivastava, A., and Saxena, A.K. “Study of electrospun polycarbosilane (PCS) nanofibrous web by needle-less technique”. Fashion and Textiles, 1(2). pp . 2014 Chen Zeyun, Wang Rongwu, Zhang Xianmiao and YinBaopu. “Study on Measuring Microfiber Diameter in Meltblown Webbased on Image Analysis”. Procedia Enginnering, 15, Pp 35163520. 2011. Vincent, O.R., and O. Folorunso. “A Descriptive Algorithm for Sobel Imag edge Detection”. Proceedings of informing Science & IT Education Conference (InSiTE), pp 97 - 107. 2009. Oznergiz, E., yasar Emre Kiyak, Mustafa E. Kamasak, and Isa Yildirim. “Automated Nanofiber Diameter Measurement in SEM Images Using a Robust Image Analysis Method”. Journal of Nanomaterials, vol. 2014, Article ID 738490, 6 pages, 2014. doi:10.1155/2014/738490.

5.

Eun Ho Shin, Kwang Soo Cho, Moon Hwo Seo and Hyungsup Kim. “Determination of Electrospun Fiber Diameter Distributions Using Image Analysis Processing”. Macromolecular Research, 16(4), pp 314-319. 2008. 6. Pourdeyhimi, B., and R., Dent. “Measuring Fiber Diameter Distribution in Nonwovens”. Textile Res. J. 69(4), pp 233-236. 1999. 7. Canny, J., “A Computational Approach To Edge Detection”, IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence, 8(6):679–698. 1986. 8. Apriyana, Delta Sri Maharani, Shinta Puspasari, dan Renni Angreni. Perbandingan Metode Sobel, Metode Prewitt dan Metode Robert Untuk Deteksi Tepi Objek Pada Aplikasi Pengenalan Bentuk Berbasis Citra Digital. 2013. http://eprints.mdp.ac.id/795/1/JURNAL %20Apriyana%20dan%20Delta.pdf. akses online: 20 Agustus 2015. 9. Setiawan, J. Sintesis Komposit Matriks Keramik Silikon Karbida Berbasis polycarbosilane dan Karakteristik Panasnya Sebagai Bahan Penukar Kalor. Disertasi. 2015. 10. Setiawan, J, S. Pribadi, Pranjono, S. Poertadji, and Sigit. “Study on morphology of Electrospun SiOC”, Advanced material Research Vol 1123, pp223-226. 2015. TANYA JAWAB Pertanyaan Apa yang melatar belakangi tersebut? (Dwi Priyantoro)

penelitian

Jawaban Untuk mendapatkan teknik pengukuran diameter serat (nonwoven) yang cukup baik antara metode Sobel dan Cammy.

_______________________ ________________________________________________ _____________________ 252

METODE PENDETEKSIAN TEPI SOBEL DAN CANNY UNTUK PENGUKURAN DIAMETER SERAT NONWOVEN POLYCARBOSILANE

Recommend Documents