Identifikasi Jenis Kayu Tropis Menggunakan Backpropagation Neural Network

IDENTIFIKASI JENIS KAYU TROPIS MENGGUNAKAN
BACKPROPAGATION NEURAL NETWORK

SKRIPSI

NURUL FATIHAH
111402035

PROGRAM STUDI S1 TEKNOLOGI INFORMASI
FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016

Universitas Sumatera Utara

IDENTIFIKASI JENIS KAYU TROPIS MENGGUNAKAN
BACKPROPAGATION NEURAL NETWORK

SKRIPSI


Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh ijazah
Sarjana Teknologi Informasi

NURUL FATIHAH
111402035

PROGRAM STUDI S1 TEKNOLOGI INFORMASI
FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016

Universitas Sumatera Utara

ii

PERSETUJUAN

Judul


: IDENTIFIKASI JENIS KAYU TROPIS
MENGGUNAKAN BACKPROPAGATION NEURAL
NETWORK

Kategori

: SKRIPSI

Nama

: NURUL FATIHAH

Nomor Induk Mahasiswa : 111402035
Program Studi

: S1 TEKNOLOGI INFORMASI

Departemen

: TEKNOLOGI INFORMASI


Fakultas

: ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI

Komisi Pembimbing

:

Pembimbing 2

Pembimbing 1

Luthfi Hakim, S.Hut., M.Si

Baihaqi Siregar, S.Si., M.T

NIP. 19791017 200312 1 002

NIP. 1979108 201212 1 002


Diketahui/disetujui oleh
Program Studi S1 Teknologi Informasi
Ketua,

Muhammad Anggia Muchtar, ST., MM.IT
NIP.19800110 200801 1 010

Universitas Sumatera Utara

iii

PERNYATAAN

IDENTIFIKASI JENIS KAYU TROPIS MENGGUNAKAN
BACKPROPAGATION NEURAL NETWORK

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, kecuali beberapa

kutipan dan ringkasan yang masing-masing telah disebutkan sumbernya.

Medan, 28 Januari 2016

Nurul Fatihah
111402035

Universitas Sumatera Utara

iv

PENGHARGAAN

Puji syukur penulis ucapkan ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan
rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini sebagai
syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Informasi.
Pertama, penulis mengucapkan terima kasih kepada orang tua penulis yaitu
Ayahanda Irwan Affandi, S.E. dan Ibunda Andayani Astati, S.E., adik penulis yaitu
Nabila Chairin dan M. Nadhin Arief beserta seluruh keluarga besar penulis yang telah
memberikan dukungan dan doa sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

Penulis tentunya mengucapkan terima kasih kepada Bapak Baihaqi Siregar,
S.Si, M.T selaku Dosen Pembimbing I dan Bapak Luthfi Hakim, S.Hut, M.Si selaku
Dosen Pembimbing II yang telah membimbing penulis dalam menyelesaikan skripsi
ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak Prof. Dr. Opim Salim
Sitompul, M.Sc selaku Dosen Pembanding I, Bapak Romi Fadillah Rahmat,
B.Comp.Sc, M.Sc selaku Dosen Pembanding II yang telah memberikan kritik dan
saran dalam penyempurnaan skripsi ini. Terima kasih penulis ucapkan kepada Ketua
dan Sekretaris Program Studi S1 Teknologi Informasi, Dekan dan Pembantu Dekan
Fakultas Ilmu Komputer dan Teknologi Informasi, dan seluruh dosen serta staff
kepegawaian di lingkungan Program Studi S1 Teknologi Informasi yang telah
membantu dan membimbing penulis selama waktu perkuliahan.
Terima kasih penulis ucapkan kepada teman – teman penulis yang selalu
memberikan dukungan dan semangat, Arifin Ahmad Adli Siregar, Safrina, Dina
Fadhillah, Kak Ulfi, Tengku Chairunnisa, Ayuni, Adinda, Nur Azizah, Roya,
Shabrina, Abidah, Nugha, Indera, Bang Fay, Ismed, Ruang Delapan, Udin, Hans,
Erick, Dhany, Imam, Ryan, Roy, Ade, serta seluruh teman-teman angkatan 2011 dan
teman-teman mahasiswa Teknologi Informasi lainnya. Semoga Allah SWT membalas
kebaikan kalian.
Penulis menyadari bahwa masih terdapat kekurangan pada skripsi ini. Oleh
karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang bermanfaat terhadap skripsi

ini. Akhir kata penulis ucapkan terima kasih.

Universitas Sumatera Utara

v

ABSTRAK

Setiap jenis kayu memiliki karakteristik yang berbeda sehingga identifikasi jenis kayu
sangat dibutuhkan terutama bagi pihak yang memiliki keperluan untuk mengetahui jenis
kayu. Namun, tidak semua orang memiliki keahlian dalam mengidentifikasi jenis kayu
sehingga kebutuhan terhadap orang yang ahli dalam mengidentifikasi jenis kayu sangat
penting. Akan tetapi, ketersediaan pakar kayu sangat terbatas. Selain itu, identifikasi
jenis kayu secara manual oleh para ahli kayu dinilai kurang efisien karena
membutuhkan waktu yang banyak. Untuk mengatasi masalah tersebut, maka
dibutuhkan metode untuk mengidentifikasi jenis kayu. Pada penelitian ini,
backpropagation neural network digunakan sebagai metode identifikasi jenis kayu
tropis. Tahap – tahap yang dilakukan sebelum identifikasi adalah akuisisi citra dengan
mikroskop, pra-pengolahan, ekstraksi fitur menggunakan gray level co-occurrence
matrix dan normalisasi data hasil ekstraksi fitur menggunakan decimal scaling. Hasil

penelitian menunjukkan bahwa metode yang diajukan mampu melakukan identifikasi
kayu dengan akurasi sebesar 94%.

Kata kunci: backpropagation neural network, decimal scaling, gray level cooccurrence matrix, identifikasi kayu.

Universitas Sumatera Utara

vi

TROPICAL WOOD SPECIES IDENTIFICATION USING
BACKPROPAGATION NEURAL NETWORK

ABSTRACT

Each species of wood has different characteristics so that the wood species
identification is needed, especially for those who have a need to know the species of
wood. However, not everyone has the expertise in identifying the wood species so that
the need for people skilled in wood species identification is very important. But, the
availability of wood experts is very limited. In addition, the identification of wood
species manually by wood experts is inefficient because it requires a lot of time. To

overcome these problems, so the method to identify the wood species is required. In
this research, backpropagation neural network was used as a identification method of
tropical wood species. The steps taken before the identification were image acquisition
using microscope, pre-processing, feature extraction using gray level co-occurrence
matrix and data normalization of feature extraction results using the decimal scaling.
The result showed that proposed method was able to perform the wood identification
with an achieve 94% accuracy.

Keyword: backpropagation neural network, decimal scaling, gray level co-occurrence
matrix, wood identification.

Universitas Sumatera Utara

vii

DAFTAR ISI

Hlm.
Persetujuan


ii

Pernyataan

iii

Penghargaan

iv

Abstrak

v

Abstract

vi

Daftar Isi


vii

Daftar Tabel

x

Daftar Gambar

xi

BAB 1 PENDAHULUAN

1

1.1. Latar Belakang

1

1.2. Rumusan Masalah

2

1.3. Tujuan Penelitian

3

1.4. Batasan Masalah

3

1.5. Manfaat Penelitian

3

1.6. Metodologi Penelitian

3

1.7. Sistematika Penulisan

4

BAB 2 LANDASAN TEORI

6

2.1. Identifikasi Jenis Kayu

6

2.2. Pengenalan Dasar Citra

9

2.2.1. Citra biner (binary image)

10

2.2.2. Citra skala keabuan (grayscale image)

11

2.2.3. Citra berwarna (color image)

12

2.3. Pengolahan Citra Digital

12

2.3.1. Scaling

12

2.3.2. Grayscalling

13

2.4. Ekstraksi Fitur dengan Gray Level Co-occurrence Matrix

14

Universitas Sumatera Utara

viii

2.4.1. Energy

17

2.4.2. Entropy

18

2.4.3. Contrast

18

2.4.4. Inverse Difference Moment

18

2.4.5. Correlation

18

2.5. Normalisasi Data

19

2.5.1. Normalisasi Min-Max

19

2.5.2. Normalisasi Z-Score

20

2.5.3. Normalisasi Decimal Scaling

20

2.6. Jaringan Saraf Tiruan

20

2.6.1. Fungsi aktivasi

22

2.6.2. Backpropagation

23

2.7. Penelitian Terdahulu

26

BAB 3 ANALISIS DAN PERANCANGAN

29

3.1. Arsitektur Umum

29

3.2. Akuisisi Citra

31

3.3. Data yang Digunakan

31

3.4. Pra-Pengolahan

32

3.4.1. Memperkecil ukuran citra (Scaling)

32

3.4.2. Pembentukan citra aras keabuan (Grayscaling)

32

3.5. Ekstraksi Fitur

33

3.5.1. Pembentukan GLCM

34

3.5.2. Ekstraksi nilai fitur

37

3.6. Normalisasi Data

40

3.7. Klasifikasi Menggunakan Jaringan Saraf Tiruan Backpropagation 43
3.7.1. Tahap perancangan arsitektur jaringan saraf tiruan
43

backpropagation
3.7.2. Tahap pelatihan backpropagation

45

3.7.3. Tahap pengujian backpropagation

49

3.8. Perancangan Sistem

52

3.8.1. Perancangan database

52

3.8.2. Data Flow Diagram (DFD) dan Context Diagram (CD)

53

Universitas Sumatera Utara

ix

3.8.3. Perancangan tampilan antarmuka sistem

BAB 4 IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN

57

61

4.1. Implementasi Sistem

61

4.1.1. Spesifikasi perangkat keras dan perangkat lunak

61

4.1.2. Implementasi perancangan antarmuka sistem

61

4.1.3. Implementasi data

63

4.2. Prosedur Operasional

66

4.2.1. Prosedur operasional pada halaman pelatihan citra

67

4.2.2. Prosedur operasional pada halaman pengujian citra

71

4.3. Pengujian Sistem

72

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

76

5.1. Kesimpulan

76

5.2. Saran

76

DAFTAR PUSTAKA

77

Universitas Sumatera Utara

x

DAFTAR TABEL

Hlm.
Tabel 2.1. Penelitian terdahulu

26

Tabel 3.1. Contoh nilai hasil ekstraksi fitur GLCM

36

Tabel 3.2. Data fitur sebelum dinormalisasi

41

Tabel 3.3. Data fitur sesudah dinormalisasi

42

Tabel 3.4. Target keluaran jaringan backpropagation

43

Tabel 3.5. Input dan Target

46

Tabel 3.6. Bobot Awal Vji

47

Tabel 3.7. Bobot Awal Wkj

47

Tabel 3.8. Data uji

50

Tabel 3.9. Bobot Vkj baru

50

Tabel 3.10. Bobot Wkj baru

51

Tabel 4.1. Rangkuman data citra kayu

64

Tabel 4.2. Parameter backpropagation

72

Tabel 4.3. Hasil pengujian identifikasi jenis kayu

73

Tabel 4.4. Akurasi pengujian

74

Tabel 4.5. Pengujian nilai maksimum epoch

74

Universitas Sumatera Utara

xi

DAFTAR GAMBAR

Hlm.
Gambar 2.1. Orientasi tiga dimensi permukaan kayu (Bond & Hamner, 2002)

6

Gambar 2.2. Anatomi kayu meranti merah (Mandang & Pandit, 1997)

7

Gambar 2.3. Kayu jati, kayu pasang, kayu lasi, kayu palapi (Mandang &
Pandit, 1997)

8

Gambar 2.4. Kayu eboni dan kayu kenanga (Mandang & Pandit, 1997)

9

Gambar 2.5. Sistem koordinat citra berukuran M x N (M baris dan N kolom)
(Kadir & Susanto, 2012).

10

Gambar 2.6. Citra biner

11

Gambar 2.7. Citra skala keabuan

11

Gambar 2.8. Citra berwarna

12

Gambar 2.9. Perubahan ukuran citra (Kadir & Susanto, 2012)

13

Gambar 2.10. Delapan arah ketetangaan piksel

14

Gambar 2.11. Jarak pada arah 0° (Ferguson, 2007)

15

Gambar 2.12. Matriks framework (Ferguson, 2007)

15

Gambar 2.13. Citra grayscale dan representasi citra grayscale ke dalam
matriks kookurensi dengan jarak 1 dan arah 0º

16

Gambar 2.14. Penambahan matriks kookurensi dengan transposenya

17

Gambar 2.15. Normalisasi matriks

17

Gambar 2.16. Jaringan layer tunggal dan jaringan layer jamak

21

Gambar 2.17. Model tiruan neuron pada jaringan saraf tiruan (Hajek, 2005)

22

Gambar 2.18. Fungsi step, fungsi sign dan fungsi sigmoid biner

23

Gambar 2.19. Arsitektur backpropagation (Purnamasari, 2013)

24

Gambar 3.1. Arsitektur umum

30

Gambar 3.2. Kayu keruing, kayu jati putih, kayu mahoni, kayu melur,
dan kayu kempas

31

Gambar 3.3. Citra kayu RGB dan citra kayu grayscale

32

Gambar 3.4. Langkah – langkah proses grayscalling

33

Gambar 3.5. Proses pembentukan matriks kookurensi arah 0°

34

Gambar 3.6. Proses pembentukan matriks kookurensi arah 45°

34

Universitas Sumatera Utara

xii

Gambar 3.7. Proses pembentukan matriks kookurensi arah 90°

35

Gambar 3.8. Proses pembentukan matriks kookurensi arah 135°

35

Gambar 3.9. Normalisasi matriks simetris

36

Gambar 3.10. Matriks normalisasi

37

Gambar 3.11. Mencari nilai maksimum absolut dari suatu atribut

40

Gambar 3.12. Menentukan jumlah angka di depan titik desimal dari nilai
maksimum absolut pada setiap atribut

41

Gambar 3.13. Melakukan operasi pembagian nilai – nilai atribut dengan
pembaginya

41

Gambar 3.14. Arsitektur jaringan saraf tiruan

44

Gambar 3.15. Proses pelatihan jaringan backpropagation

46

Gambar 3.16. Proses pengujian jaringan backpropagation

50

Gambar 3.17. Database Relationship

52

Gambar 3.18. Context Diagram

53

Gambar 3.19. DFD level 0

54

Gambar 3.20. DFD level 1 Proses 1

55

Gambar 3.21. DFD level 1 Proses 2

55

Gambar 3.22. DFD level 1 Proses 3

56

Gambar 3.23. Rancangan halaman awal sistem

57

Gambar 3.24. Rancangan halaman pelatihan data citra

58

Gambar 3.25. Rancangan halaman pengujian data citra

60

Gambar 4.1. Halaman utama

62

Gambar 4.2. Halaman “Pelatihan Citra”

62

Gambar 4.3. Halaman “Pengujian Citra”

63

Gambar 4.4. Kotak dialog yang muncul setelah tombol “Pilih Citra” diklik

67

Gambar 4.5. Tampilan citra dengan ukuran lebih besar

67

Gambar 4.6. Tampilan halaman pelatihan setelah memilih menu “Pilih Citra”,
“Grayscalling” dan “Ekstraksi Fitur”

68

Gambar 4.7. Halaman “Data Kayu”

68

Gambar 4.8. Halaman “Data Hasil Ekstraksi Fitur”

69

Gambar 4.9. Halaman “Data Normalisasi Hasil Ekstraksi Fitur”

70

Gambar 4.10. Panel “Pelatihan Backpropagation” pada halaman “Pelatihan
Citra”

70

Universitas Sumatera Utara

xiii
Gambar 4.11. Tampilan halaman “Pengujian Citra” setelah tombol “Pilih
Citra” dan tombol “Identifikasi” diklik

71

Gambar 4.12. Pengujian nilai maksimum epoch

75

Universitas Sumatera Utara