PEMANFAATAN SISTEM SENSOR PERGESERAN MIKRO UNTUK ESTIMASI DIAMETER LUBANG PADA BAHAN GIGI TIRUAN BERBASIS OPTICAL IMAGING SKRIPSI
PEMANFAATAN SISTEM SENSOR PERGESERAN MIKRO UNTUK ESTIMASI DIAMETER LUBANG PADA BAHAN GIGI TIRUAN BERBASIS OPTICAL IMAGING SKRIPSI KRISTIA NINGSIH PROGRAM STUDI S1-FISIKA DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS AIRLANGGA 2013
PEMANFAATAN SISTEM SENSOR PERGESERAN MIKRO UNTUK ESTIMASI DIAMETER LUBANG PADA BAHAN GIGI TIRUAN BERBASIS OPTICAL IMAGING SKRIPSI KRISTIA NINGSIH PROGRAM STUDI S1-FISIKA DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS AIRLANGGA 2013
PEMANFAATAN SISTEM SENSOR PERGESERAN MIKRO UNTUK ESTIMASI DIAMETER LUBANG PADA BAHAN GIGI TIRUAN BERBASIS
ii
OPTICAL IMAGING SKRIPSI Sebagai salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Bidang Fisika pada Fakultas Sains dan Teknologi Univesitas Airlangga Oleh : KRISTIA NINGSIH NIM. 080913083 Tanggal Lulus : 25 Juli 2013 Disetujui Oleh : Pembimbing I Pembimbing II Dr. Retna Apsari, M.Si Dr. Moh. Yasin, M.Si NIP. 196806261993032003 NIP. 196703121991021001 iii LEMBAR PENGESAHAN SKIPSI Judul : Pemanfaatan Sistem Sensor Pergeseran Mikro untuk Estimasi Diameter Lubang pada Bahan Gigi Tiruan Berbasis Optical Imaging Penyusun : Kristia Ningsih Nomor Induk : 080913083 Tanggal Ujian : 25 Juli 2013 Disetujui Oleh : Pembimbing I Pembimbing II Dr. Retna Apsari, M.Si Dr. Moh. Yasin, M.Si NIP. 196806261993032003 NIP. 196703121991021001 Mengetahui, Ketua Departemen/ Ketua Prodi S1 Fisika Fakultas sains dan Teknologi Universitas Airlangga Drs. Siswanto, M.Si. NIP. 19640305 198903 1 003
PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI
Skripsi ini dipublikasikan, namun tersedia di perpustakaan dalam lingkungan Universitas Airlangga, diperkenankan untuk dipakai sebagai referensi kepustakaan, tetapi pengutipan harus seizin penyusun dan harus menyebutkan sumbernya sesuai kebiasaan ilmiah. Dokumen skripsi ini merupakan hak milik Universitas Airlangga.
iv Kristia Ningsih, 2013. Pemanfaatan Sistem Sensor Pergeseran Mikro untuk Estimasi Diameter Lubang pada Bahan Gigi Tiruan Berbasis Optical Imaging. Skripsi S1 Fisika, dibawah bimbingan Dr. Retna Apsari, M.Si dan Dr. Moh. Yasin, M.Si, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya.
ABSTRAK
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menyelidiki potensi sensor pergeseran mikro berbasis modulasi intensitas untuk pencitraan lubang pada bahan gigi tiruan. Penelitian ini membahas hasil dari pencitraan lubang pada berbagai jenis bahan gigi tiruan, serta pengukuran diameter lubang pada bahan gigi tiruan. Sampel yang digunakan pada penelitian ini adalah Acrylic Denture, Nano Hybrid Compossite, Varplast, Nano Filler, dengan diameter lubang untuk masing-masing sampel sebesar 5 mm. Berdasarkan analisis yang telah dilakukan, didapatkan pengukuran diameter lubang secara analog sebesar 5.00 mm untuk sampel Acrylic Denture, Nano Hybrid
Compossite, Varplast, dan 5.50 mm untuk sampel Nano Filler dan akurasi
pengukuran sebesar 97.46%, 97.65%, 97.65%, 92.57%. Pemanfaatan sistem sensor pergeseran mikro dengan fiber bundle 16 receivers menggunakan metode optical
imaging untuk estimasi pengukuran diameter lubang dengan orde pergeseran sejauh
500 µm tidak dapat dilakukan. Hal tersebut disebabkan karena besarnya nilai resolusi yang dihasilkan, sehingga hasil visualisasi sampel bahan gigi tiruan tidak sesuai dengan bentuk asli sampel. Namun begitu, penelitian ini mampu mengukur lebar rongga sampel bahan gigi tiruan dengan ketepatan pengukuran antara 89 %- 99.31%. Stabilitas yang tinggi, kesederhanaan desain, dan rendah biaya fabrikasi membuat sistem sensor pergeseran mikro ini layak untuk diaplikasikan dalam dunia kedokteran gigi, khususnya untuk pengukuran dan pencitraan rongga pada bahan gigi tiruan.
Kata kunci : sistem sensor pergeseran mikro, fiber bundle 16 receivers, bahan gigi tiruan, optical imaging , image processing v
Kristia Ningsih, 2013. Feasibility of Displacement Sensor System to Estimate the Hole Diameter of Artificial Teeth Materials Based on Optical Imaging. Thesis Physics, under the guidance of Dr. Retna Apsari, M.Si and Dr. Moh. Yasin, M.Si, Faculty of Science and Technology, University of Airlangga, Surabaya.
ABSTRACT
The purpose of this study was to investigate the potential of micro displacement sensor for imaging based on intensity modulation for imaging the hole of artificial teeth materials. This study discusses the results of imaging holes on various types of denture materials, as well as the measurement of the diameter of the holes in the artificial teeth materials. The samples used in this study are Acrylic Denture, Nano Hybrid Compossite, Varplast, Nano Filler, with a hole diameter for each sample is 5 mm. Based on the analysis, the measurement of hole diameter using analog method obtained by of 5.00 mm for Acrylic Denture, Nano Hybrid Compossite, Varplast samples, and 5.50 mm for Nano Filler and the accurateness are of 97.46%, 97.65%, 97.65%, 92.57%. Feasibility of micro displacement sensor system with fiber bundle 16 receivers using fiber bundle optical imaging method for the estimation of the hole diameter measurement of the order as far as 500 µm shift can not be done. It cause the value of resolution is too large, so that the sample visualization denture material does not conform to the shape of the original sample. However, this study is able to measure the width of the sample cavity of denture materials with measurement accuracy up to 89% - 99.31%. High stability, simplicity of design, and low cost of fabrication make micro displacement sensor system is feasible to be applied in dentistry, especially for measuring and imaging the cavities on denture materials.
Keywords: micro displacement sensor system, fiber bundle 16 receivers, artificial teeth materials, optical imaging, image processing.
vi
KATA PENGANTAR
vii
Segala puji bagi Tuhan Yesus Kristus, atas segala rahmat serta kasih sayangNya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Pemanfaatan Sistem Sensor Pergeseran Mikro untuk Estimasi Diameter Lubang pada Bahan Gigi Tiruan Berbasis Optical Imaging”. Skripsi ini disusun sebagai syarat awal kelulusan mata kuliah skripsi di Departemen Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Surabaya.
Ucapan terimakasih penyusun sampaikan kepada semua pihak yang telah membantu selama penyusunan skripsi ini, khususnya penyusun mengucapkan terima kasih kepada: 1.
Alm. Papa dan mami-ku tercinta yang selalu menjadi penyemangat utama dalam kehidupan penulis, dan kakakku tersayang, Wahyu E. Hermawan yang tak pernah letih mendukungku. Skripsi ini penulis dedikasikan untuk kalian.
2. Dr. Retna Apsari, M.Si, selaku pembimbing I bersedia membimbing penulis dengan sabar dan penuh kasih sayang, serta tak henti-hentinya memberikan semangat kepada penulis selama proses penyelesaian skripsi ini.
3. Dr. Moh. Yasin, M.Si, selaku pembimbing II yang bersedia meluangkan waktu dan pikiran kepada penulis untuk menyelesaikan skripsi ini.
4. Samian, S.Si, M.Si, selaku penguji I yang telah banyak memberi masukan yang membangun dalam proses penyusunan skripsi.
5. Imam Sapuan, S.Si, M. Si, selaku penguji II yang telah banyak memberi masukan yang membangun dalam proses penyusunan skripsi.
6. Endah P. S.Si, M.T yang bersedia meluangkan waktu secara khusus untuk membantu penulis memahami tinjauan pustaka mengenai image processing.
7. Pasukan Harakiri 2009; Adi, Yosua, Tio, Ryan, Pipin, Bayu, Rio, Ilmi, Zila, dan teman-teman optik khususnya Mirza, Hilya, Perry, dan Awal yang memberikan tawa serta senyuman selama penulis menempuh studi.
8. Linggar Bangun yang menemani penulis, dan telah membangun ruang kepercayaan diri pada penulis, sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini.
9. Wahono Family yang menemani penulis dalam kepenatan. “Teman senang ikut senang, teman susah tambah senang”.
10. Teman-teman fisika angkatan 2009 dan keluarga besar HIMAFI UA yang selama ini selalu bersama baik dalam suka maupun duka sebagai keluarga.
11. Pak Agus, Pak Samidi, Pak Siman, Mbak Lis W. Mbak Endang, yang selalu memberikan keramahan pada penulis.
Penyusun menyadari bahwa penulisan ini masih belum sempurna, sehinggga diharapkan adanya kritik dan saran yang membangun untuk penelitian selanjutnya.
Surabaya, 11 Juli 2013 Penyusun
Kristia Ningsih
viii
DAFTAR ISI Halaman Judul
......................................................................................................... i
Halaman Pengesahan
............................................................................................... ii
ABSTRAK
................................................................................................................ iii
ABSTRACT
.............................................................................................................. iv
Kata Pengantar
........................................................................................................ v
Daftar Isi
................................................................................................................... vii
Daftar Gambar
......................................................................................................... xi
Daftar Tabel
.............................................................................................................. xv
BAB I PENDAHULUAN
......................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ................................................................................................ 1
1.2 Rumusan Masalah ........................................................................................... 7
1.3 Batasan Masalah .............................................................................................. 7
1.4 Tujuan Penelitian ............................................................................................. 9
1.5 Manfaat Penelitian ........................................................................................... 9
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
.............................................................................. 11
2.1 Sumber Cahaya ................................................................................................ 11
2.2 Sistem Sensor Pergeseran Mikro ..................................................................... 13
2.2.1 Serat Optik Bundel .................................................................................. 13
2.2.2 Detektor Optik ........................................................................................ 21 vii
viii
3.2 Bahan dan Alat Penelitian ............................................................................... 38
Interface
3.3.7 Metode Image Processing Menggunakan Sistem
3.3.6 Metode Optical Imaging dengan Program Matlab R2008b. .................... 53
3.3.5 Metode Analisis Hasil Karakterisasi sistem Sensor Pergeseran Mikro .................................................................................... 52
3.3.4 Metode Scanning pada Sampel Bahan Gigi Tiruan ................................. 51
3.3.3 Karakterisasi Set-up Eksperimen pada Sampel dan Metode Pengukuran Stabilitas Intensitas ............................................... 49
3.3.2 Penyusunan Set-up Eksperimen ............................................................... 47
3.3.1 Pembuatan Sampel dari Bahan-bahan Gigi Tiruan .................................. 47
3.3 Prosedur Penelitian .......................................................................................... 45
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ......................................................................... 38
2.2.3 Optical Chopper ...................................................................................... 24
........................................................................ 38
BAB III METODE PENELITIAN
2.6 SEM (Scanning Electron Microscope) ............................................................ 36
2.5 Gigi Tiruan ...................................................................................................... 35
2.4 Sistem Sensor Pergeseran Mikro Berbasis Optical Imaging ........................... 33
2.3.4 Program Matlab ....................................................................................... 30
2.3.3 Histogram ................................................................................................ 30
2.3.2 RGB (Red, Green, Blue) .......................................................................... 28
2.3.1 Karakteristik Cahaya ............................................................................... 25
2.3 Optical Imaging ............................................................................................... 25
dengan Program Delphi 7 ........................................................ 55
3.3.8 Metode Pengukuran Diameter Lubang pada Sampel dengan Program Matrox Inspetor 2.1 ........................................ 58
3.3.9 Metode Pengukuran Akurasi Hasil Pengukuran ..................................... 58
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
................................................................ 60
4.1 Hasil Penelitian ................................................................................................ 60
4.1.2 Hasil Scanning Sistem Sensor Pergeseran Mikro ...................................... 62
4.1.3 Hasil Metode Optical Imaging Menggunakan Program Matlab R2008b .......................................................................... 64
4.1.3.1 Hasil Rekonstruksi dengan Metode Optical Imaging Menggunakan Program Matlab R2008b ............................................. 64
4.1.3.2 Hasil Grayscale Rekontruksi dengan Metode Optical
Imaging
Menggunakan Program Matlab R2008b .............................. 66
4.1.3.3 Histogram Keabuan dengan Metode Optical
Imaging
Menggunakan Program Matlab R2008b .............................. 68
4.1.3.4 Hasil Thresholding dengan Metode Optical
Imaging
Menggunakan Program Matlab R2008b ............................... 69
4.1.3.5 Hasil Estimasi Pengukuran Diameter Lubang Sampel Bahan Gigi Tiruan dengan Metode Optical Imaging Menggunakan Program Matlab R2008b .............................................. 70
4.1.4 Hasil Interface dengan Program Delphi 7.................................................. 71
4.1.5 Hasil Pengukuran Diameter Lubang pada Sampel dengan Program Matrox Inspector 2.1 ...................................................... 74
4.1.6 Hasil SEM (Scanning Electron Microscope)7 ........................................... 75
4.2 Pembahasan .................................................................................................... 79
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
.................................................................. 91
5.1 Kesimpulan ..................................................................................................... 91 ix
5.2 Saran ............................................................................................................... 92
Daftar Pustaka
.......................................................................................................... 94
Lampiran
.................................................................................................................. 98
x
DAFTAR GAMBAR No. Judul Gambar Halaman
Gambar 2.1 Skema Tingkat Energi He-Ne ................................................................ 12Gambar 2.2 Susunan Serat Optik ............................................................................... 15Gambar 2.3 Sketsa Perambatan Sinar pada Optik ..................................................... 15Gambar 2.4 Tampilan Fiber Bundle 16 Recivers....................................................... 18Gambar 2.5 Corong Cahaya dari Serat Optik ............................................................ 18Gambar 2.6 Spektrum Gelombang Elektromagnetik ................................................. 27Gambar 2.7 Representasi Warna Digital .................................................................... 29Gambar 2.8 Bentuk Histogram .................................................................................. 32Gambar 2.9 Contoh Histogram Image Warna............................................................ 31Gambar 2.10 Tampilan Awal Software Matlab ......................................................... 33Gambar 2.11 Set-up eksperimen sistem sensor pergesearan mikro ........................... 33Gambar 2.12 Contoh Plot GrafikSistem Sensor Pergeseran ...................................... 35Gambar 2.13 Contoh Hasil Visualisasi Data.............................................................. 35Gambar 2.14 Skematik sistem kerja SEM ................................................................. 37Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ......................................................................... 46Gambar 3.2 Set-up Eksperimen Penelitian ................................................................ 47Gambar 3.3 Proses Karakterisasi Sistem Sensor Pergeseran Mikro dengan bantuan Program Aplikasi Delphi ............................................ 50xi
Gambar 3.4 Pengukuran Nilai Stabilitas Intensitas Sistem SensorPergeseran Mikro dengan bantuan Program Aplikasi Delphi 7 ................................................................................................. .51
Gambar 3.5 Pengukuran Nilai Tegangan Keluaran Sensor PergeseranMikro dengan bantuan Program Aplikasi Delphi ................................. .52
Gambar 3.6 Contoh Metode Visualisasi dengan Matlab ........................................... .54Gambar 3.7 Flowchart untuk Metode Optical Imaging ............................................ .54Gambar 3.8 Contoh Metode Interface dengan Delphi . ............................................. .57Gambar 3.9 Flowchart Interface ................................................................................ .57Gambar 3.10 Contoh Kalibrasi Nilai Pixel pada Matrox Inspector 2.1 ..................... .59Gambar 3.11 Contoh Pengukuran diameter lubang pada sampel dengan program matrox Inspector 2.1 .............................................. .59Gambar 4.1 Grafik Tegangan Keluaran terhadap Pergeseran ................................... .61Gambar 4.2 Grafik Pengukuran Stabilitas Intensitas ................................................ .61Gambar 4.3 Grafik hasil variasi tegangan keluaran untuk sampel bahan gigi tiruan yang tidak dilubangi dengan sampelbahan gigi tiruan yang telah dilubangi untuk untuk sampelberbahan Acrylic denture………………………………...........62
Gambar 4.4 Grafik hasil variasi tegangan keluaran untuk sampel bahan gigi tiruan yang tidak dilubangi dengan sampelbahan gigi tiruan yang telah dilubangi untuk untuk sampel berbahan Nano Hybrid compossite…......................................63
Gambar 4.5 Grafik hasil variasi tegangan keluaran untuk sampel bahan gigi tiruan yang tidak dilubangi dengan sampelbahan gigi tiruan yang telah dilubangi untuk untuk sampel berbahan Varplast…….…………............................................63
Gambar 4.6 Grafik hasil variasi tegangan keluaran untuk sampel bahan gigi tiruan yang tidak dilubangi dengan sampelbahan gigi tiruan yang telah dilubangi untuk sampelberbahan NanoFiller ..…………................................................63 xii
Gambar 4.7 Visualisasi hasil Rekonstruksi 2 dimensi dan 3 dimensi untuk sampel berbahan Acrylic denture..................................65Gambar 4.8 Visualisasi hasil Rekonstruksi 2 dimensi dan 3 dimensi untuk sampel berbahan Nano HybridComposite
.............................................................................................65
Gambar 4.9 Visualisasi hasil Rekonstruksi 2 dimensi dan 3 dimensi untuk sampel berbahan Varplast………...............................66Gambar 4.10 Visualisasi hasil Rekonstruksi 2 dimensi dan 3 dimensi untuk sampel berbahan Nano Filler…..................................66Gambar 4.11 Hasil Grayscale rekonstruksi sampel secara 2 dimensi untuk sampel bahan gigi tiruan….........................................67Gambar 4.12 Histogram Keabuan sampel bahan gigi tiruan......................................68Gambar 4.13 Hasil thresholding sampel bahan gigi tiruan …....................................69Gambar 4.14 Hasil image cropping pada daerah yang diestimasi sebagai lubang untuk sampel bahan gigi tiruan ................................70Gambar 4.15 Hasil analisis citra menggunakan sistem interface untuk sampel bahan gigi tiruan...........................................................72Gambar 4.16 Hasil analisis citra menggunakan sistem interface untuk sampel bahan gigi tiruan...........................................................73Gambar 4.17 Hasil analisis citra menggunakan MatroxInspector 2.1 untuk sampel bahan gigi tiruan …...............................75
Gambar 4.18 Hasil analisis citra menggunakan MatroxInspector 2.1 untuk sampel bahan gigi tiruan …...............................76
Gambar 4.19 Pengukuran diameter lubang sampel dengan SEM untuk sampel bahan gigi tiruan…...……............................................77Gambar 4.20 Profil 3 dimensi kekasaran permukaan bahan untuk sampel bahan gigi tiruan...........................................................78xiii
Gambar 4.21 Grafik linearitas pada daerah front slope untuk sampel bahan gigi tiruan……...........................................................81Gambar 4.22 Grafik linearitas pada daerah back slope untuk sampel bahan gigi tiruan……..........................................................82xiv
DAFTAR TABEL No. Judul Tabel Halaman
Tabel 3.1 Pengaturan Parameter Lock in Amplifier ................................................... 46Tabel 4.1 Nilai Estimasi Diameter Lubang Pada Sampel .......................................... 64Tabel 4.2 Hasil Estimasi Diameter Lubang Sampel Bahan GigiTiruan dengan Metode Optical Imaging .................................................. 71
Tabel 4.3 Hasil Estimasi Diameter Lubang Sampel Bahan GigiTiruan dengan Metode Interface ............................................................... 74
Tabel 4.4 Hasil Estimasi Diameter Lubang Sampel Bahan GigiTiruan dengan Matrox Inspector 2.1 ......................................................... 74
Tabel 4.5 Hasil Estimasi Diameter Lubang Sampel dengan SEM............................. 79Tabel 4.6 Hasil Pengukuran Kekasaran Permukaan dengan SEM ............................ 79Tabel 4.7 Hasil Estimasi Pengukuran Diameter Lubang pad Sampel secara Horizontal ....................................................................................... 86Tabel 4.8 Hasil Estimasi Pengukuran Diameter Lubang pad Sampel secara Vertikal ........................................................................................... 87Tabel 4.9 Nilai Akurasi dari Hasil Pengukuran Diameter Lubang secara Horizontal ........................................................................................ 88Tabel 4.10 Nilai Akurasi dari Hasil Pengukuran Diameter Lubang secara Vertikal ......................................................................................... 89xv