Disampaikan dalam Seminar Tugas Akhir

Oleh : Deni Indra Cahya Pembimbing: Dr.rer.nat.Ir. Aulia MT Nasution M.Sc

RANCANG BANGUN SISTEM AKUSISI CITRA DIGITAL UNTUK KEPERLUAN KUANTIFIKASI

TERBENTUKNYA CORNEAL ARCUS

Corneal Arcus adalah cincin (ring) putih disekitar kornea yang menandakan ada perubahan kadar lipid dalam darah. Cincin (ring) putih tersebut berupa tumpukan atau endapan lipid. Pembentukkan corneal arcus pada kornea mata manusia berhubungan langsung dengan identifikasi beberapa penyakit yang disebabkan perubahan kadar lipid dalam darah diantaranya kolesterol, artherosclerosis, penyakit jantung. Banyak faktor yang dapat mempengaruhi bentuk dari cincin diantara jenis kelamin, keturunan, umur, suku dan pola hidup yang mempengaruhi metabolisme dalam tubuh.

Latar Belakang

Permasalahan dari penelitian ini adalah bagaimana merancang sistrem akusisi citra untuk mendapatkan citra kornea dengan skala yang terkalibrasi yang sama, sehingga dapat dilakukan proses kuantifikasi corneal arcus yang terbentuk dengan lebih akurat.

Rumusan Masalah

Tujuan Tujuan penelitian ini adalah membuat sistem akusisi citra guna proses untuk kuantifikasi pembentukan corneal arcus yang dapat digunakan untuk kebutuhan lebih studi lanjut yaitu identifikasi penyakit secara makro melalui corneal arcus.

Citra yang diakuisisi oleh sistem berbatas pada lapisan terluar mata manusia yaitu kornea dengan skala tetap.

Desain sistem akuisisi berupa kamera yang terpasang pada kacamata pengelas (welding google), sehingga dapat digunakan setiap orang dan mudah dibawa kemana saja.

Kamera yang digunakan jenis webcam, tipe Logitech HD Pro Webcam C525. Sistem pencahayaan pada sistem akuisisi citra digital menggunakan LED 3 mm

berwarna putih. Parameter yang diubah adalah pencahayaan, kontrast dan kecerahan dalam

sistem akuisisi. Magnification Factor menjadi acuan perbandingan antara objek real dengan

citra.

Batasan Masalah

Teori Penunjang – Mata Manusia

Mata manusia merupakan salat satu indra yang cukup kompleks pada manusia. Mata berbentuk hampir bulat dengan diameter sekitar 25 mm. Mata manusia memiliki beberapa komponen yaitu kornea, lensa mata, pupil, iris, dan retina.

Bagian mata paling luar dalah kornea yang berlapis membran kuat, diantara kornea dan lensa mata terdapat cairan aqueous humour. Kornea mata manusia memiliki nilai anterior surface diameter sebesar 11,75 mm dalam arah horizontal dan 11 mm dalam arah vertikal.

Teori Penunjang – Corneal Arcus

Arcus senilis atau biasa dikenal dengan corneal arcus lipoides merupakan sebuah lingkaran atau cincin berupa endapan atau tumpukan lipid yang terbentuk di stroma kornea mata disebabkan perubahan kadar lipid dalam darah. Indikasi penyakit dari arcus senilis ini cukup beragam bisa berupa kolesterol, hyperlipidemia, artherosceloris, jantung koroner tergatung dari kadar lipid dalam darah. Arcus senilis biasanya terdapat pada orang tua atau usia lanjut, tetapi juga dapat terbentuk pada remaja atau dewasa yang menderita hyperlipidemia kasus ini disebut arcus juvenilis. Arcus senilis biasanya berwarna putih-keabuan atau kadang kekuningan, dengan ketebalan atau lebar cincin 1 mm – 1,5 mm.

Magnification atau nilai perbesaran adalah nilai rasio perbandingan dari objek nyata dibanding dengan citra yang ditampilkan. Sebagai contoh jika terdapat sebuah titik dengan diameter 1 mm dengan menggunakan lensa titik tersebut terlihat menjadi 2 mm dengan kata lain magnifacation nya adalah 2x.

Teori Penunjang – Magnification

𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀 =𝑃𝑀𝑃𝑃𝑃 𝑠𝑀𝑠𝑃 𝑃 𝐶𝑀𝐶𝑃𝐶𝑀 𝑝𝑀𝑃𝑃𝑃 𝑠𝑀𝑠𝑃

𝑅𝑃𝑀𝑃 𝑠𝑀𝑠𝑃

Metodologi Penelitian

• Penngaturan fokus dan skala tetap

• Kornea mata terlihat dengan jelas dalam citra

Metodologi Penelitian Rancang Bangun Sistem Akuisisi Citra

Persiapan Hardware Sistem

Metodologi Penelitian

Metodologi Penelitian – Pengujian sistem

KALIBRASI MAGNIFICATION weBCAM

Analisa Data dan Pembahasan

• Pixel size webcam = 2.2𝜇𝐶 x 2.2𝜇𝐶 (2MP) , 1600x1200

• Real size= 5 mm =0,005 m

• F0 = pengaturan fokus webcam untuk marking

• F1 = pengaturan fokus webcam untuk kornea

No. Jarak Pixel X size F0 Pixel X size F1 Magnification

1 0,2 cm NA NA NA 2 0,4 cm NA NA NA 3 0,6 cm NA NA NA 4 0,8 cm 1222 NA NA 5 1 cm 1076 790 0,411 6 1,2 cm 916 712 0,358 7 1,4 cm 802 636 0,316 8 1,6 cm 742 584 0,292 9 1,8 cm 686 552 0,272

10 2 cm 614 492 0,243

11 2,2 cm 564 458 0,225

12 2,4 cm 530 428 0,211

13 2,6 cm 492 402 0,197

14 2,8 cm 464 382 0,186

15 3 cm 436 356 0,174

16 3,2 cm 400 340 0,163

17 3,4 cm 386 322 0,156

18 3,6 cm 364 294 0,145

19 3,8 cm 342 292 0,139

20 4 cm 324 272 0,131

21 4,2 cm 300 266 0,125

22 4,4 cm 288 252 0,119

23 4,6 cm 270 248 0,114

24 4,8 cm 256 238 0,109

25 5 cm 242 226 0,103

𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀 =𝑃𝑀𝑃𝑃𝑃 𝑠𝑀𝑠𝑃 𝑃 𝐶𝑀𝐶𝑃𝐶𝑀 𝑝𝑀𝑃𝑃𝑃 𝑠𝑀𝑠𝑃

𝑅𝑃𝑀𝑃 𝑠𝑀𝑠𝑃

GRAFIK huBuNGAN jARAK deNGAN MAGNIFICATION pAdA jARAK 0-3,3 CM dI depAN weBCAM

Analisa Data dan Pembahasan

0.411

0.358

0.316 0.292

0.272 0.243

0.225 0.211 0.197 0.186 0.174 0.163

y = 0.0415x2 - 0.2787x + 0.6364 R² = 0.9938

0.000

0.050

0.100

0.150

0.200

0.250

0.300

0.350

0.400

0.450

1 1.5 2 2.5 3 3.5

Mag

nific

atio

n

Jarak (cm)

GRAFIK huBuNGAN jARAK deNGAN MAGNIFICATION pAdA jARAK 3,4-5,0 CM dI depAN weBCAM

Analisa Data dan Pembahasan

0.156 0.145 0.139

0.131 0.125 0.119 0.114 0.109 0.103

y = 0.0068x2 - 0.0891x + 0.379 R² = 0.9975

0.000

0.020

0.040

0.060

0.080

0.100

0.120

0.140

0.160

0.180

3.4 3.6 3.8 4 4.2 4.4 4.6 4.8 5

Mag

nific

atio

n

Jarak (cm)

peRhITuNGAN MAGNIFICATION MARKING dATA SAMpeL

Analisa Data dan Pembahasan

No. Sampel pixel x mark F0

pixel x mark F1

average pixel x Magnification

1 De 1582 1416 1499 0,275 2 Ch 1552 1446 1499 0,275 3 Ev 1584 1424 1504 0,276 4 Re 1592 1428 1510 0,277 5 Zu 1586 1396 1491 0,273 6 Ri 1558 1408 1483 0,272 7 Rn 1578 1412 1495 0,274 8 Au 1560 1392 1476 0,271 9 Jr 1580 1424 1502 0,275

10 Gn 1580 1410 1495 0,274 11 Sn 1534 1372 1453 0,266 12 Bn 1595 1416 1505,5 0,276 13 Tc 1590 1420 1505 0,276 14 Kn 1572 1412 1492 0,274 15 Ia 1578 1404 1491 0,273 16 Is 1528 1368 1448 0,265

17 Sm 1596 1410 1503 0,276

nilai rata-rata magnification 0,273

• Px cam = 2.2 𝜇𝐶 x 2.2 𝜇𝐶 • Mark size = 12 mm • Mata kiri

peRhITuNGAN MAGNIFICATION MARKING dATA SAMpeL

Analisa Data dan Pembahasan

• Px cam = 2.2𝜇𝐶 x 2.2𝜇𝐶 • Mark size = 12 mm • Mata kanan

No. Nama pixel x mark F0

pixel x mark F1

average pixel x Magnification

1 Di 1576 1400 1488 0,273 2 Chr 1586 1436 1511 0,277 3 Evn 1578 1372 1475 0,270 4 Rez 1594 1438 1516 0,278 5 Zul 1588 1422 1505 0,276 6 Rif 1562 1390 1476 0,271 7 Rnd 1590 1424 1507 0,276 8 Aul 1586 1400 1493 0,274 9 Jry 1600 1444 1522 0,279

10 Gnf 1558 1386 1472 0,270 11 Sno 1590 1410 1500 0,275 12 Bna 1596 1420 1508 0,276 13 Tca 1592 1416 1504 0,276 14 Knr 1570 1350 1460 0,268 15 Iha 1572 1374 1473 0,270 16 Ist 1546 1352 1449 0,266 17 Sml 1600 1404 1502 0,275

nilai rata-rata magnification 0,274

Besarnya Magnification 0,274 berkorelasi dengan hasil kalibrasi di jarak 1,8 cm ,sistem berjalan dengan baik sehingga daerah operasi sistem 4,0 - 5cm

KALIBRASI MAGNIFICATION SISTeM AKuSISI uNTuK ARAh hORIzONTAL

Analisa Data dan Pembahasan

Jarak (cm) Mag Rx error (%)

4 0,1210 3,0935 4,1 0,1179 2,7166 4,2 0,1160 2,8753 4,3 0,1109 2,9965 4,4 0,1076 2,9259 4,5 0,1054 2,8053 4,6 0,1045 3,1006 4,7 0,1029 3,0299 4,8 0,1005 2,9067 4,9 0,0996 2,8572 5 0,0977 2,7203

rata-rata 0,1076 2,9116

Standeviasi 0,00785975

• Px cam = 2.2𝜇𝐶 x 2.2𝜇𝐶 • R1=0,0035m, R2=0,0055m,

R3=0,0075m, R4=0,0105m, R5=0,0125m

KALIBRASI MAGNIFICATION SISTeM AKuSISI uNTuK ARAh veRTIKAL

Analisa Data dan Pembahasan

• Px cam = 2.2𝜇𝐶 x 2.2𝜇𝐶 • R1=0,0035m, R2=0,0055m,

R3=0,0075m, R4=0,0105m, R5=0,0125m

Jarak (cm) Mag Ry error (%)

4 0,1213 2,6031

4,1 0,1177 2,8336

4,2 0,1155 2,6789

4,3 0,1109 2,3706

4,4 0,1080 2,7141

4,5 0,1053 2,7755

4,6 0,1039 2,8727

4,7 0,1023 2,7599

4,8 0,1000 2,8664

4,9 0,0993 3,0154

5 0,0971 2,9079

rata-rata 0,1074 2,7635

Standeviasi 0,0080

KuANTIFIKASI KORNeA MATA SehAT

Analisa Data dan Pembahasan

• Width = pixel diameter horizontal • Height = pixel diameter vertikal

hASIL KuANTIFIKASI KORNeA MATA SehAT

Analisa Data dan Pembahasan

Sampel pixel Rx pixel Ry Rx in size (m)

Ry in size (m)

Error Rx (%)

Error Ry (%)

De 277 260 0,00566 0,00533 -3,632 -3,163 Ch 281 264 0,00574 0,00541 -2,240 -1,673 Ev 284 275 0,00580 0,00563 -1,197 2,424 Zu 295 273 0,00603 0,00559 2,630 1,679 Rf 277 268 0,00566 0,00549 -3,632 -0,183 Rn 289 281 0,00591 0,00576 0,543 4,658 Jr 282 272 0,00576 0,00557 -1,892 1,306 Bn 298 280 0,00609 0,00574 3,674 4,286 Tc 274 266 0,00560 0,00545 -4,676 -0,928 Is 278 267 0,00568 0,00547 -3,284 -0,556 Sy 300 281 0,00613 0,00576 4,370 4,658 Di 292 275 0,00597 0,00563 1,587 2,424 Ey 296 276 0,00605 0,00565 2,978 2,796 Fa 295 276 0,00603 0,00565 2,630 2,796 Pu 300 278 0,00613 0,00569 4,370 3,541

• Magnification Rx = 0,1076 • Magnification Ry = 0,1074 • Horizontal corneal radius (Real Rx) = 0,005875 m • Vertical cornea radius (Real Ry) = 0,005500 m

hASIL KuANTIFIKASI KORNeA MATA SehAT

Analisa Data dan Pembahasan

• Magnification Rx = 0,1076 • Magnification Ry = 0,1074 • Horizontal corneal radius (Real Rx) = 0,005875 m • Vertical cornea radius (Real Ry) = 0,005500 m

Ke 283 266 0,00578 0,00545 -1,545 -0,928 Dn 287 266 0,00587 0,00545 -0,153 -0,928 En 287 276 0,00587 0,00565 -0,153 2,796 Rz 278 270 0,00568 0,00553 -3,284 0,561 Zl 289 270 0,00591 0,00553 0,543 0,561 Rd 299 281 0,00611 0,00576 4,022 4,658 Ba 281 280 0,00574 0,00574 -2,240 4,286 Sm 279 269 0,00570 0,00551 -2,936 0,189 Jd 289 271 0,00591 0,00555 0,543 0,934 Er 277 261 0,00566 0,00535 -3,632 -2,791 Fb 300 271 0,00613 0,00555 4,370 0,934 Pt 301 281 0,00615 0,00576 4,718 4,658 Kn 301 277 0,00615 0,00566 4,718 2,982

Mean 288,2 272,5 0,00589 0,00558 2,721 1,975

Telah berhasil dilakukan rancang bangun sistem akuisisi citra untuk kuantifikasi pembentukan corneal arcus (cincin kornea) menggunakan webcam dan google welding sederhana yang telah teruji dan terkalibrasi.

Dari hasil kalibrasi sistem akuisisi citra didapat daerah operasi sistem antara 4 cm – 5 cm, jarak mata ke kamera atau webcam, dengan nilai rasio perbesaran rata-rata yaitu sebesar 0,1076 arah horizontal dengan nilai error rata-rata absolut 2,912% dan 0,1074 untuk arah vertikal dengan error rata-rata absolut 2,763%.

Dari hasil pengujian sistem akusisi citra untuk kuantifikasi jari-jari kornea mata hasilnya menunjukkan nilai error rata-rata absolut 2,721% untuk jari-jari horizontal kornea mata dan 1,975% untuk jari-jari vertikal kornea mata.

Kesimpulan

Dari penelitian yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa :

Saran

Saran yang dapat menjadi pertimbangan dalam penelitian selanjutnya adalah dilakukan pegembangan kedepannya mampu dibuat sistem akuisisi citra yang bekerja secara real-time sehingga hasil kuantifikasi kornea mata langsung dapat diperoleh tanpa harus mengolahnya secara terpisah.

A Fernandez, A Sorokin, PD Thompson. 2007. Corneal Arcus as Coronary Artery Disease Risk Factor. Atheroscleorisis, 193, 235-240.

A Fernandez, et al. 2009. Relation of Corneal Arcus to Cardiovascular Disease (From The Framingham Heart Study Data Set). The American Journal of Cardiology, Vol 103(1), January, p 64-66.

AMT, Nasution, WW, Kusuma. 2009. Recognition of Incremental changes in Corneal Ring (Arcus-Senilis) Using The Hybrid N-Feature Neural Network (HNFNN). APBP, Korea.

FG, Smith, et al. 2007. Optics and Photonics: An Introduction Second Edition. John Wiley and Sons, Ltd. Lynn M Matsuda, et al. 1992. Clinical Comparison of Corneal Diameter and Curvature in Asian Eyes with

Those of Caucasian Eyes. American Academy of Optometry, Vol 69, No.1, p 51-54. Roy, Sarbani. 2008. Normal Values in Ophthalmology. <URL: http://bit.ly/1rtmSob >. Gonzales, Rafael. 2010. Digital Image Processing Using Matlab. Prentice Hall. Rizal, Fatchur. 2012. Aplication of Principal Component Analysis for Online Fingerprint Recognition.

Teknik Fisika-ITS. Purnomo, M.H. dan Muntasa, A. 2010. Konsep Pengolahan Citra Digital Dan Ekstraksi Fitur. Graha

Ilmu. KJ, Gasv. 2002. Optical Metrology Third Edition. John Wiley and Sons, Ltd. Prasetyo, Eri. 2003. Konsep Kamera CMOS : Pixels. Jurnal ilmiah Informatika dan Komputer. 8 (1): 52-57.

Daftar pustaka