TUGAS AKHIR CI1599 METODE PENGENALAN SIDIK JARI PARSIAL DENGAN MENGGUNAKAN DELAUNAY TRIANGULATION DAN ALGORITMA GENETIKA

TUGAS AKHIR – CI1599

METODE PENGENALAN SIDIK JARI PARSIAL DENGAN MENGGUNAKAN DELAUNAY TRIANGULATION DAN ALGORITMA GENETIKA TOVAN SETIONO NRP 5105 100 007 Dosen Pembimbing Prof. Dr. Ir. Handayani Tjandrasa, M.Sc. JURUSAN TEKNIK INFORMATIKA FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2009

TUGAS AKHIR – CI1599

METODE PENGENALAN SIDIK JARI PARSIAL DENGAN MENGGUNAKAN DELAUNAY TRIANGULATION DAN ALGORITMA GENETIKA TOVAN SETIONO NRP 5105 100 007 Dosen Pembimbing Prof. Dr. Ir. Handayani Tjandrasa, M.Sc. JURUSAN TEKNIK INFORMATIKA FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2009

FINAL PROJECT – CI1599

A ROBUST METHOD FOR PARTIAL FINGERPRINTS VERIFICATION USING DELAUNAY TRIANGULATION AND GENETIC ALGORITHM TOVAN SETIONO NRP 5105 100 007 Dosen Pembimbing Prof. Dr. Ir. Handayani Tjandrasa, M.Sc. JURUSAN TEKNIK INFORMATIKA FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2009

METODE PENGENALAN SIDIK JARI PARSIAL DENGAN MENGGUNAKAN DELAUNAY TRIANGULATION DAN ALGORITMA GENETIKA

TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Komputer pada Bidang Studi Sistem Bisnis Cerdas Program Studi S-1 Jurusan Teknik Informatika Fakultas Teknologi Informasi Institut Teknologi Sepuluh Nopember Oleh: TOVAN SETIONO Nrp. 5105 100 007 Disetujui oleh Tim Penguji Tugas Akhir: 1. Prof. Dr. Ir. Handayani Tjandrasa, M.Sc. ....................... (Pembimbing I)

SURABAYA JULI 2009

METODE PENGENALAN SIDIK JARI PARSIAL DENGAN MENGGUNAKAN DELAUNAY TRIANGULATION DAN ALGORITMA GENETIKA Nama Mahasiswa : NRP : Jurusan : Dosen Pembimbing I :

Tovan Setiono 5105 100 007 Teknik Informatika FTIF-ITS Prof. Dr. Ir. Handayani Tjandrasa, Msc.

ABSTRAK Telah banyak algoritma yang digunakan untuk melakukan pengenalan pola sidik jari. Namun, banyak diantaranya belum dapat untuk mengenali sidik jari parsial. Padahal pengenalan pola sidik jari parsial memegang peranan penting dalam berbagai bidang, seperti bidang hukum dan kriminal. Pengenalan pola sidik jari parsial dapat dilakukan dengan menggunakan bentuk segitiga yang diperoleh dari proses delaunay triangulation dari titik-titik minutiae sidik jari (berupa bifurcation dan ending ridge) yang kemudian dioptimasi menggunakan algoritma genetika dan local search. Hasil yang diperoleh dari optimasi algoritma genetika dan local search adalah garis-garis yang merepresentasikan citra sidik jari. Dengan melakukan pencocokan fitur-fitur tersebut, metode pengenalan sidik jari parsial dengan menggunakan delaunay triangulation dan algoritma genetika dinilai mampu melakukan pengenalan sidik jari parsial (matching rate = 70%; FAR = 33%; FRR = 30%). Kata kunci : pengenalan pola, biometrik, sidik jari, delaunay triangulation, algoritma genetika

A ROBUST METHOD FOR PARTIAL FINGERPRINTS VERIFICATION USING DELAUNAY TRIANGULATION AND GENETIC ALGORITHM Student’s Name Student’s ID Department First Advisor

: : : :

Tovan Setiono 5105 100 007 Teknik Informatika FTIF-ITS Prof. Dr. Ir. Handayani Tjandrasa, Msc.

ABSTRACT

Scientists have been proposed many algorithms to do fingerprint recognition, but most of them cannot be used for partial fingerprint recognition. One algorithm has been proposed for partial fingerprint recognition is using delaunay triangulation and genetic algorithm. First, we enhance a fingerprint image using the short-time fourier analysis and contextual filtering. Bifurcation and ending ridge feature are extracted using a feature extraction process. To optimize features that have been extracted from fingerprints, we use delaunay triangulaion and genetic algorithm. At last, the algorithm has been evaluated and produces a good result to recognize partial fingerprints (matching rate = 70%; FAR = 33%; FRR = 30%).

Keyword: pattern recognition, biometric, fingerprint, delaunay triangulation, genetic algorithm.

KATA PENGANTAR Alhamdulillahirabbil ’alamiin, pada akhirnya penulis telah menyelesaikan tugas akhir dengan judul “Metode Pengenalan Sidik Jari Parsial dengan Menggunakan Delaunay Triangulation dan Algoritma Genetika”. Shalawat serta salam senantiasa tercurahkan kepada Rasulullah SAW, pelita bagi umat manusia. Dalam pengerjaan tugas akhir ini, penulis telah banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis berkewajiban menyampaikan segala penghargaan dan ucapan terima kasih yang sebanyak-banyaknya kepada : 1. Bapak, ibu, mbak Evi, mas Ony, mbak Iva, mas Anung, Qiqi, Nindi, dan seluruh keluarga besar yang senantiasa memberikan kasih sayang, dukungan, serta do’a kapanpun dan dimanapun. 2. Ibu Prof. Dr. Ir. Handayani Tjandrasa, M.Sc. selaku dosen pembimbing dan dosen wali penulis yang telah memberikan bimbingan, bantuan, dan perhatian dalam proses pengerjaan tugas akhir ini. 3. Bapak Ir. Rully Soelaiman, M.Kom yang telah membantu penulis selama pengerjaan tugas akhir ini beserta segenap dosen dan staf TU yang telah memberikan ilmu, fasilitas, bantuan, dan kemudahan kepada penulis selama menjalankan kuliah di Informatika ITS. 4. Yasfin Fajri, Mizar Firdaus Tino, M. Wahyu Kuswantoro, Parata Surya Adi, Randy Wirasta Nandyatama, Adi Setiawan, Faisal Amir, Aries Pratama Putra, Febe Fenyta, dan Rahmah Mustika Ningrum yang telah menjadi teman diskusi yang menarik dan telah banyak membantu penulis dalam penyusunan buku tugas akhir ini. 5. Teman-teman informatika mahasiswa angkatan 2005, 2006, dan 2007 yang telah menjadi rekan belajar selama penulis menjalani kuliah di informatika. i

Dengan segala hormat, penulis dedikasikan penulisan buku tugas akhir ini pada Almh. Nugraha Hendra Ciptanto, salah seorang putra terbaik bangsa yang pernah dikenal penulis. Semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis pribadi dan orang lain pada umumnya. Surabaya, Juli 2009 Penulis

ii

DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ................................................................ i DAFTAR ISI ............................................................................ iii DAFTAR GAMBAR ............................................................... vii DAFTAR TABEL .................................................................... ix BAB I PENDAHULUAN .......................................................... 1 1.1 Latar Belakang ................................................................. 1 1.2 Rumusan Masalah ............................................................ 2 1.3 Batasan Masalah .............................................................. 3 1.4 Tujuan ……………………………………………………..4 1.5 Metodologi....................................................................... 4 1.6 Sistematika Penulisan Tugas Akhir................................... 6 BAB II DASAR TEORI............................................................. 9 2.1 Sidik Jari.......................................................................... 9 2.1.1 Pengetahuan Dasar Sidik Jari..................................... 9 2.1.2 Pola-Pola Sidik Jari ................................................. 10 2.1.2.1 Whorl ............................................................... 10 2.1.2.2 Loop ................................................................. 13 2.1.2.3 Arch.................................................................. 14 2.1.3 Daerah-Daerah Penting Sidik Jari ............................ 16 2.1.3.1 Triradius........................................................... 16 2.1.3.2 Radian (Radiant)............................................... 17 2.1.3.3 Inti (Core)......................................................... 17 2.1.3.4 Minutiae ........................................................... 18 2.2 Biometrik....................................................................... 19 2.2.1 Pengetahuan Dasar Biometrik.................................. 19 2.2.2 Sidik Jari Sebagai Biometrik.................................... 21 2.2.3 Evaluasi Sistem Biometrik....................................... 22 2.3 Pengolahan Citra Digital ................................................ 24 2.3.1 Citra Gray-Scale...................................................... 24 2.3.2 Proses Image Enhancement ..................................... 26 2.3.3 Proses Binarisasi Citra............................................. 28 2.3.4 Pengolahan Morfologi Citra Digital ......................... 29 iii

2.3.5 Jarak Antar Piksel.....................................................30 2.4 Teori Garis Dan Delaunay Triangulation.........................31 2.4.1 Teori Garis ...............................................................31 2.4.2 Delaunay Triangulation............................................32 2.5 Algoritma Genetika .........................................................34 2.5.1 Definisi Algoritma Genetika .....................................34 2.5.2 Aplikasi Algoritma Genetika ....................................35 2.5.3 Komponen-Komponen Algoritma Genetika ..............36 2.5.3.1 Skema Pengkodean Kromosom..........................36 2.5.3.2 Nilai Fitness (Fitness Value) ..............................37 2.5.3.3 Seleksi Orang Tua (Selection) ............................38 2.5.3.4 Pindah Silang (Crossover) .................................39 2.5.3.5 Mutasi ...............................................................41 2.5.3.6 Elitisme (Elitism)...............................................41 2.5.3.7 Penggantian Populasi .........................................41 2.6 Sistem Pengenalan Pola...................................................42 BAB III PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK ................45 3.1 Lingkungan Perancangan Perangkat Lunak .....................45 3.2 Perancangan Data............................................................46 3.2.1 Data Masukan ..........................................................46 3.2.2 Data Proses ..............................................................47 3.2.3 Data Keluaran ..........................................................48 3.3 Gambaran Proses Secara Umum......................................49 3.4 Proses Image Enhancement .............................................55 3.4.1 Parameter-Parameter Intrinsik Citra Sidik Jari ..........57 3.4.1.1 Orientation Image..............................................57 3.4.1.2 Frequency Image ...............................................59 3.4.1.3 Region Mask......................................................60 3.4.2 Proses Short-Time Fourier Analysis..........................61 3.4.3 Proses Contextual Filtering ......................................65 3.5 Proses Binarisasi dan Thinning Citra Sidik Jari................66 3.5.1 Proses Binarisasi ......................................................66 3.5.2 Proses Thinning........................................................67 3.6 Proses Ekstraksi Fitur......................................................70 3.6.1 Proses Ekstraksi Fitur Bifurcation.............................70 iv

3.6.2 Proses Ekstraksi Fitur Ending Ridge ........................ 72 3.7 Proses Delaunay Triangulation ...................................... 74 3.8 Koordinat Polar Sebagai Representasi Fitur .................... 74 3.9 Proses Algoritma Genetika ............................................. 75 3.10 Proses Local Search ..................................................... 79 3.11 Proses Pencocokan Citra Sidik Jari ............................... 82 BAB IV IMPLEMENTASI PERANGKAT LUNAK ............... 83 4.1 Lingkungan Implementasi Perangkat Lunak ................... 83 4.2 Implementasi Fungsi Utama ........................................... 84 4.3 Implementasi Proses Image Enhancement ...................... 91 4.4 Implementasi Proses Ekstraksi Fitur ............................... 98 4.5 Implementasi Proses Polarisasi Fitur Delaunay Triangulation ................................................................. 99 4.6 Implementasi Proses Algoritma Genetika ......................101 4.7 Implementasi Proses Local Search ................................111 4.8 Implementasi Proses Pencocokan Citra Sidik Jari ..........116 BAB V UJI COBA DAN EVALUASI ....................................121 5.1 Lingkungan Uji Coba Perangkat Lunak .........................121 5.2 Sistematika Uji Coba.....................................................121 5.3 Hasil Uji Coba Proses Image Enhancement ...................123 5.4 Hasil Uji Coba Proses Ekstraksi Fitur ............................124 5.5 Hasil Uji Coba Proses Delaunay Triangulation..............127 5.6 Uji Coba Proses Pencocokan Citra Sidik Jari .................130 5.7 Analisa Hasil Percobaan................................................146 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN .................................149 6.1 Kesimpulan ...................................................................149 6.2 Saran…………. ............................................................149 DAFTAR PUSTAKA .............................................................151 BIODATA PENULIS .............................................................153

v

vi

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Contoh sidik jari dengan pola whorl murni.............11 Gambar 2.2 Contoh sidik jari dengan pola cental pocket loop....12 Gambar 2.3 Contoh sidik jari dengan pola twin loop..................12 Gambar 2.4 Contoh sidik jari dengan pola accidental................13 Gambar 2.5 Contoh sidik jari dengan pola loop .........................14 Gambar 2.6 Contoh sidik jari dengan pola arch murni...............15 Gambar 2.7 Contoh sidik jari dengan pola arch tenda................15 Gambar 2.8 Contoh variasi bentuk minutiae..............................18 Gambar 2.9 Contoh hubungan antara FAR dan FRR .................23 Gambar 2.10 Contoh penggunaan FAR, FRR, dan ROC............24 Gambar 2.11 Representasi citra gray-scale dalam matriks .........25 Gambar 2.12 Citra gray-scale dan representasi matriksnya........26 Gambar 2.13 Skema proses image enhancement dalam domain frekuensi .........................................................28 Gambar 2.14 Contoh proses delaunay triangulation dari sekelompok titik acak ..................................................33 Gambar 2.15 Jemis skema pengkodean kromosom ....................37 Gambar 2.16 Contoh penggunaan metode roulette wheel...........39 Gambar 2.17 Contoh proses pindah silang.................................40 Gambar 2.18 Contoh proses mutasi ...........................................41 Gambar 2.19 Skema sistem pengenalan pola .............................43 Gambar 3.1 Contoh citra sidik jari dari dataset FVC 2004 DB1 B.........................................................................47 Gambar 3.2 Gambaran umum sistem pengenalan pola sidik jari...............................................................................50 Gambar 3.3 Gambaran umum sistem pengenalan pola sidik jari (lanjutan)...............................................................51 Gambar 3.4 Gambaran umum proses enrollment dan testing......52 Gambar 3.5 Diagram alir proses modifikasi citra input proses testing...............................................................53 Gambar 3.6 Contoh citra sidik jari untuk proses testing .............54 Gambar 3.7 Skema proses image enhancement .........................56 vii

Gambar 3.8 Sebuah citra sidik jari dan orientation image yang diperoleh dari perhitungan...................................59 Gambar 3.9 Contoh pencarian frekuesi suatu blok citra sidik jari ..............................................................................60 Gambar 3.10 Bentuk dari window dan proses pergeseran window terhadap posisi window sebelumnya................61 Gambar 3.11 Spectral window yang terbentuk...........................62 Gambar 3.12 Diagram alir proses binarisasi ..............................67 Gambar 3.13 Diagram alir proses thinning ................................69 Gambar 3.14 Diagram alir proses ekstraksi fitur bifurcation......71 Gambar 3.15 Diagram alir proses ekstraksi fitur ending ridge ...73 Gambar 3.16 Aturan segitiga untuk menghitung nilai p .............75 Gambar 3.17 Contoh pemrosesan lokal karena adanya konstrain .....................................................................77 Gambar 3.18 Diagram alir proses algoritma genetika ................78 Gambar 3.19 Diagram alir proses local search ..........................80 Gambar 3.20 Diagram alir proses local search (lanjutan) ..........81 Gambar 4.1 Contoh hasil proses binarisasi citra sidik jari ..........86 Gambar 4.2 Contoh hasil proses thinning citra sidik jari............86 Gambar 4.3 Contoh hasil proses delaunay triangulation fitur bifurcation...................................................................87 Gambar 4.4 Contoh hasil proses delaunay triangulation fitur ending ridge ................................................................88

viii

DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Spesifikasi lingkungan perancangan perangkat lunak .........................................................................45 Tabel 3.2 Data proses sistem pengenalan pola sidik jari.............47 Tabel 4. 1 Spesifikasi Lingkungan Implementasi Perangkat Lunak ........................................................................83 Tabel 5.1 Spesifikasi Lingkungan Uji Coba Perangkat Lunak..121 Tabel 5.2 Contoh hasil uji coba proses image enhancement .....123 Tabel 5.3 Contoh hasil uji coba proses ekstraksi fitur bifurcation...............................................................125 Tabel 5.4 Contoh hasil uji coba proses ekstraksi fitur ending ridge........................................................................126 Tabel 5.5 Contoh hasil uji coba proses delaunay triangulation fitur bifurcation ..................................128 Tabel 5.6 Contoh hasil uji coba proses delaunay triangulation fitur ending ridge................................129 Tabel 5.7 Contoh hasil uji coba proses pencocokan cita sidik jari...........................................................................131 Tabel 5.8 Contoh hasil uji coba proses pencocokan cita sidik jari...........................................................................134 Tabel 5.9 Contoh hasil uji coba proses pencocokan cita sidik jari...........................................................................137 Tabel 5.10 Hasil uji coba penggunaan euclidean distance terhadap fitur bifurcation sidik jari...........................140 Tabel 5.11 Akurasi sistem menggunakan euclidean distance untuk fitur bifurcation sidik jari ...............................141 Tabel 5.12 Hasil uji coba penggunaan manhattan distance terhadap fitur bifurcation sidik jari...........................142 Tabel 5.13 Hasil uji coba penggunaan euclidean distance terhadap fitur ending ridge sidik jari ........................143 Tabel 5.14 Hasil uji coba penggunaan manhattan distance terhadap fitur ending ridge sidik jari ........................144

ix

Tabel 5.15 Hasil uji coba penggunaan euclidean distance terhadap fitur bifurcation dan ending ridge sidik jari...........................................................................145 Tabel 5.16 Hasil uji coba penggunaan manhattan distance terhadap fitur bifurcation dan ending ridge sidik jari...........................................................................146

x