uas mekantronika dn robotika repaired)

8/8/2019 UAS Mekantronika Dn Robotika Repaired)

1/14

TUGAS UJIAN AKHIR SEMESTER : MEKANTRONIKA DAN ROBOTIKA PERTANIAN

PEMANFAATAN IMAGE PROCESSING DALAM MENENTUKANVOLUME BUAH MANGGA

Oleh:

Adian Rindang/F151090101

MAYOR TEKNIK MESIN PERTANIAN DAN PANGANDEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIANINSTITUT PERTANIAN BOGOR

2009


2/14

I. PENDAHULUAN

Latar Belakang

Sortasi dan grading merupakan salah satu dari rangkaian kegiatan pascapanen yangumunya pada dewasa ini dilakukan pada bangsal pengemasan serta mesih banyak dilakukansecara manual. Sortasi dan grading ini dilakukan untuk memisahkan produk berdasarkan mutuyaitu warna, bentuk, ukuran, berat, tekstur dan kebebasan buah dari kotoran atau bahan asing.Tujuan sortasi dan grading buah mangga adalah untuk memisahkan bagian-bagian yang layak untuk dipasarkan.

Pengemasan ( packaging ) juga merupakan salah atu proses pascapanen yang tidak kalahpenting dibandingkan dengan proses sortasi dan grading buah. Tujuan pengemasan buah itusendiri antara lain adalah untuk, melindungi buah dari luka, mempermudah dalam proses

pengelolaan suhu, mencegah kehilangan air, mempermudah dalam perlakuan khusus danmemberikan nilai estetika untuk menarik minat konsumen.

Tafzi (1999) menyatakan dalam penelitiannya bahwa, kendala yang dialami pedagangdalam melakukan sortasi saat ini adalah belum adanya alat sortasi yang baik dan praktis. Sortasimasih dilakuakan secara visual berdasarkan ukuran dan penampakan buah sehingga dalampelaksanaannya hasil sortasi yang didapat kurang bagus yaitu masih sering tercampurnya antarabuah yang baik dengan buah yang jelek, yang akhirnya sering mengakibatkan mutu buah manggadalam penanganan selanjutnya menjadi jelek. Hal ini akan menjadi kendala utama untuk buahmangga yang akan diekspor.

Kemudian selanjutnya pada proses pengemasan, menurut Sntoso et al. (1990) buah yangrusak selama dalam kemasan yang diangkut dari produsen mangga di Probolinggo hingga sampaike tangan pengecer di Jakarta mencapai 7.42%. Kerusakan buah selama dalam kemasan antaralain disebabkan karena proses penaganan buah yang dikemas yang dilakukan oleh pedagangtidak hati-hati, sortasi terhadap buah yang akan dikemas tidak ketat sehingga buah yang luka danrusak tetap terbawa kedalam kemasan, kapasiatas kemasan yang terlalu banyak dan tidak adanyaperlakuan untuk mencegah agar tidak terjadi kerusakan selama buah dalam kemasan.Pencegahan kerusakan buah selama dalam kemasan dapat dilakukan dengan cara melakukan

pengemasan buah dengan cara yang tepat, memberikan pelakuan untuk mencegah kerusakanselama buah dalam kemasan dan melakuakn sortasi buah yang akan dikemas dengan tepat.

Pada dasarnya penting untuk mengetahui luasan atau volume dari masing-masing buahmangga sehingga dapat merancang pengemasan yang optimal dan nantinya diharapkan dapatmengurangi kerusakan buah selama perjalanan dan sampai dengan kondisi serta mutu yang baik ke tangan konsumen.


3/14

Tujuan

Untuk menghitung volume masing-masing dari buah mangga dengan menggunakanimage processing sebagai metode non-destruktif serta membandingkannya dengan metodeperhitungan langsung menggunakan pendekatan elipsoidal.

Manfaat

Informasi volume yang diperoleh dari penelitian ini nantinya digunakan untuk perancangan wadah pengemasan sehingga kerusakan buah selama perjalanan dan penyimpanandapat dikurangi secara optimal.


4/14

II. TINJAUAN PUSTAKA

Botani Tanaman Mangga

Broto (2003) menerangkan bahwa tanaman mangga termasuk kedalam keluargaAnacardiaceae. Hanya empat spesies yang bisa dimakan dari enam belas spesies dari keluargamangga yaitu, Mangifera ceasia, Jack (kemang), Mangifera foetida, Lour (bacang/kweni,bembem), Mangifera odorata, Griff dan Mangifera indica, L (mangga). Tanaman mangga tumbuh baik di daratan rendah sampai ketinggian 500 m di atas permukaanlaut dengan tingkat kemiringan 15% pada daerah dengan masa kering tiga bulan pertama padasaat pembuangan (Sumaryono, 1981). Curah hujan yang dibutuhkan tanaman mangga adalah1.000 mm/tahun dengan tingkat penyinaran 50-80% (Broto, 2003).Varietas mangga dapat dibedakan berdasarkan sifat morfologi bentuk kuar tanaman berbentuk pohon, daun, bunga dan buah (Janick, 1972). Tiap buah mangga mempunyai bagian pusat,

bagian bahu kiri (sisi kiri) yang disebut perut, bagian kanan (sisi kanan) yang disebut punggungdan bagian paling luar yang disebut dengan kulit yang diselimuti oleh lapisan lilin putih(Suratchman, 1985)

Karakteristik Buah Mangga

Karakteristik beberapa varietas buah mangga yang komersial seperti yang dapat dilihatpada tabel 1.

KultivarUtuh (g)

Berat(%)

Daging(cm)

Panjang(cm)

Lebar(cm)

TebalSerat

SifatDaging

Warna

Arumanis 376-450 66 15.1 7.8 5.5 Banyak Kuning

OranyeGedong 250-300 59 10 8 6 Banyak OranyeCengkir 320 66 - - - Sedikit KurangManalagi 560 - 16 8.2 7.3 Sedang SedikitGolek 456-512 66 15.7 7.9 6.2 Sedang Kuning

Standar Mutu Buah Mangga

Berdasarkan varietasnya, ukuran berat mangga diklasifikasikan menjadi empat yaitubesar, sedang, kecil dan sangat kecil. Mangga jenis arumanis dikatakan besar jika beratnya >400g, sedang 350-400 g, kecil 300-349 g dan sangat kecil 250-299 g (Sjaifullah, 1996). Sedangkan

untuk kualitas ekspor, buah mangga arumanis dibagi kedalam enam grade yaitu: grade 1 jikamempunyai berat > 600, grade 2 550-559 g, grade 3 500-549 g, grade 4 450-499 g, grade 5 400-449 g, grade 6 350-399 g.Mutu mangga dibagi menjadi dua kelas yaitu Mutu kelas I dan Mutu kelas II, seperti yangterlihat pada tabel dibawah ini.Karakteristik Mutu I Mutu IIKeseragaman varietas Seragam SeragamTingkat ketuan Tua tidak matang Tua agak matang


5/14

Kekerasan Keras Cukup kerasKeseragaman ukuran Seragam Kurang seragamJumlah buah cacat (%) 0 0Kadar kotoran Bebas BebasJumlah buah busuk (%) 0 0

Panjang tangkai buahmaksimal (cm)

1 1

Sumber: SNI 01-3164-1992-UDC

Pengolahan Citra Digital

Pengolahan citra digital ( digital image processing ) merupakan sebuah teknologi visualyang digunakan untuk mengamati dan menganalisis suatu objek tanpa berhubungan langsungdengan objek yang diamati tersebut. Teknologi ini dapat digunakan untuk mengevaluasi mutusuatu produk tanpa merusak produk itu sendiri atau dikenal dengan istilah non-destructiveevaluation (NDE).

Proses pengolahan citra digital dan analisanya, banyak menggunakan persepsi visual.Data masukan dan keluaran yang dihsilkan oleh proses ini adalah dalam bentuk citra. Citra yangdigunakan adalah citra digital, karena citra jenis ini dapat diproses oleh komputer digital. Citradigital diperoleh secara otomatis dari sistem penangkapan citra digital dan membentuk suatumatriks yang menyatakan intensitas cahaya pada suatu himpunan diskrit dari suatu titik/ Citra masukan diperoleh melalui suatu kamera yang didalamnya terdapat suatu alat digitasi yangmengubah citra masukan berbentuk analog menjadi citra digital. Alat digitasi ini dapat berupapenjelajahan silod- state yang menggunakan matriks sel yang sensitif terhadap cahaya yangmasuk, dimana citra yang direkam maupun sensor yang digunakan mempunyai kedudukan atauposisi yang tetap (Suhandy dan Ahmad, 2003).

Alat masukan citra yang umum digunakan adalah kamera CCD ( Charge Coupled Device ), dimana sensor citra dari alat ini menghasilkan keluaran berupa citra analog sehinggadibutuhkan proses digitasi dengan menggunakan alat digitasi seperti yang telah disebutkandiatas. Komponen utama dari perangkat keras pengolahan citra secara digital adalah komputerdan alat peraga. Komputer tersebut bisa dari jenis komputer multiguna atau ari jenis khusus yangdirancang untuk pengolahan citra digital. Pengolahan citra pada umumnya dilakukan dari pixelyang sifatnya paralel pipe lined (Suhandy dan Ahmad, 2003).

Citra WarnaAreaIIII

Model pengolahan warna telah banyak dikembangkan oleh para ahli, salah satunta adalahmodel RGB. Model warna RGB menggunakan dasar tiga buah warna pokok yaitu Red (merah),Green (hijau), Blue (biru). Suatu citra warna yang disimpan dalam memori 8-bit, setiap pikselnyaakan mengandung informasi intensitas tiga buah warna tersebut (R, G, dan B) dengan selangnilai 0-255. Dalam model warna RGB, intensitas warna setiap piksel pada suatu citra dapatdiubah dalam bentuk indeks warna, yaitu indeks warna merah (r), indeks warna hijau (h) danindeks warna biru (b). Proses ini dinamakan normalisasi, dengan cara perhitungan seperti padarumus dibawah ini:


6/14

=+ +

=+ +

=+ +

dimana:R, G, B = nilai intensitas warna merah, hijau dan birur, g, b = indeks warna merah, hijau dan biru

Model pengolahan warna yang lain adalah model wrna HIS. Model warna inimenggunakan dasar nilai Hue (corak), Saturation (kejenuhan), dan Intensity (kecerahan). Modelini dianggap sebagai cara sebenarnya manusia memandang suatu warna, yang biasanyamelakukan penilaia warna secara kualitatif (Ahmad, 2005).Konversi model warna RGB ke dalam model warna HIS dirumuskan dengan persamaan-persamaan berikut (Ahmad, 2005):

cos =2

2 ( ) 2 + ( ) = 1 3+ + min , ,

=+ +

3

Volume Benda Putar

Jika bentuk bidang yang dibatasi oleh kurva y = f (x), sumbu x, dan ordinat pada x = a danx = b diputarkan pada suatu putaran penuh mengelilingi sumbu x, maka akan diperoleh sebuahbenda putaran yang simetris terhadap OX. Misalkan V adalah volume benda putaran yang

berbentuk.

Untuk mendapatkan V, pertama-tama harus ditinjau dahulu sebuah pita sempit dalam bentuk bidang semula.

yi

x V O

y


7/14

Volume yang dibentuk oleh pita tersebut adalah mendekati volume yang dibentuk pita persegi

panjang dibawahnya yaitu :

= 2 .

Jika seluruh bentuk bidang pada gambar 1 dibagi-bagi menjadi sejumlah pita seperti padagambar 2 maka setiap pita akan menghasilkan volumenya sendiri, masing-masing denganvolumenya sendiri sehingga volume total dapat dihitung (Kastroud, 1987):

= 2=

=

.

V

x

x

y

yi

x O

y

x x

y

yi

x O

y y = f (x)


8/14

III. METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Bahan

Dalam penelitian ini komoditas yang digunakan adalah buah mangga.

3.2 Alat

Beberapa peralatan yang digunakan adalah sebagai berikut:- Perangkat keras pengambilan citra

1. Sensor berupa kamera digital tipe CCD2. Image frame grabber , berupa analog-digital convertion card dan memori citra,

yang berfungsi sebagai interface untuk menghubungkan kamera dengankomputer

3. Satu unit komputer yang digunakan untuk pengolahan citra serta display citrasebelum, saat dan setelah pengolahan

4. Lampu (40 W) sebagai sumber pencahayaan pada saat pengambilan citra5. Rangka sebagai tempat dudukan kamera dan lampu6. Karton berwarna putih yang berfungsi tempat meletakkan mangga dan juga

sebgai background pada saat pengambilan citra7. Jangka sorong

- Perangkat lunak pengolahan citraDigunakan software Adobe Photoshop 8.0 (versi 2003) serta pembuatan program

dengan bahasa C pada pengolahan citra ini.

3.3 Prosedur

1. Persiapan pengambilan citraSampel buah mangga dengan grade yang berbeda ( grade 1-4) terlebih dahulu dibersihkan

dari kotoran-kotoran yang menempel, selanjutnya diatur sistem pencahayaan yaitu dengan caramengatur jarak antara lampu dengan mangga yaitu sebesar 48 cm diatas buah mangga, kemudianpengaturan jarak kamera CCD dengan mangga yaitu 35 cm serta penempatan mangga padaposisi yang tepat diatas karton (dasar).

2. Pengambilan citraPerangkat komputer, kamera CCD dan lampu dinyalakan. Pengambilan citra untuk buah

mangga ini dilakukan sebanyak tiga kali dengan kamera yang berbeda pada masing-masingsampel setiap tingkat grade . Buah mangga diletakkan diatas karton putih kemudian dilakukanpengambilan citra yang pertama yaitu pada sisi atas buah, kemudian pada sisi samping kanan dansamping kiri. Intensitas reflaktan dari buah mangga ditangkap dengan kamera CCD melalui lensa


9/14

dan kemudian ditampilkan pada monitor komputer. Citra buah mangga direkam dengan ukuran408 x 306 pixel dan resolusi 75 pixel /inchi dengan 256 tingkatan intesitas cahaya merah, hijaudan biru (RGB) dan disimpan dalam sebuah file dengan extention file TIFF

.

3. Pengolahan citra- Tahap pembuatan program

Sebelumnya, file citra buah mangga yang disimpan dalam format TIFF diubah menjadiformat BMP ukuran 408 x 306 pixel dan resolusi 75 pixel /inchi dalam 256 tingkatancahaya merah, hijau dan biru (RGB) dengan menggunakan software Adobe Photoshop8.0 (versi 2003). Selanjutnya program pengolahan citra dibuat dengan menggunakanbahasa pemrograman C.

- Tahap segmentasi citraTujuan dari tahapan ini adalah untuk memisahkan objek yang menjadi interes dalam citradengan latar belakangnya serta untuk mempercepat analisis dan perhitungan citra.Tahapan segmentasi citra (binerisasi) ini dilakukan dengan proses thresholding denganperbandingan nilai-nilai tertentu. Tahapan binerisasi ini menjadikan citra hanyamempunyai dua warna. Fokus citra yang akan diolah berwarna putih sedangkan latarbelakang berwarna hitam. Terdapat beberapa metode dalam melakukan prosesthresholding , pada penelitian ini dilakukan proses thresholding dengan metode automatik thresholding . Untuk menyempurnakan tampilan citra biner dilakukan operasi morfologiuntuk menghapus noise atau menutup lubang yang terjadi akibat proses thresholding

yang tidak sempurna.- Tahap pengukuran volumea. Pengkalibrasian dimensi

Masing-masing dari sampel buah mangga diletakkan persis berada ditengah-tengahkarton putih dengan posisi melintang, kemudian citra diambil sebanyak 3 kali yaitudari sisi atas buah, kemudian dari sisi samping kanan dan samping kiri buah.Diameter mayor dan minor dari buah mangga dapat diukur dengan menghitung

Kamera

Lampu

A-D convertion card

Image Processing

Frame memor

Image frame grabber

Image Aquisition


10/14

jumlah pixel yang terekam pada masing-masing citra yang selanjutnya akan dikalidengan faktor konversi dalam milimeter.

b. Perhitungan volume dengan menggunakan permukaan citraCitra hasil proses thersholding selanjutnya digunakan untuk menghitung luasan citradengan menggunakan teknik piringan, (Riddle, 1979 dalam Rashidi dan Seyfi, 2007).Masing-masing dari 3 permukaan citra digital yang telah diperoleh digunakan untuk menyusun petakan-petakan bentuk buah mangga, ditunjukkan pada dibawah ini.

Kemudian dengan memutar buah mangga berdasarkan sumbu x, diperoleh bentuk berupasilinder (piringan) yang berdiameter y dan x , ditunjukkan pada gambar dibawah ini.

Volume dari masing-masing piringan ini dapat dihitung dengan persamaan:=

dengan = 22

Program pengolahan citra yang telah dibangun dengan bahasa C digunakan untuk menghitung volume total dari buah mangga, dengan mengasumsikan bahwa ketebalansatu piringan ( ith disk ) adalah 1 pixel , selanjutnya digunakan algoritma untuk menentukan


11/14

diameter mayor dan minor serta menghitung diamater rata-rata dari masing-masingpiringan. Dengan menggunakan diameter rata-rata ini, dapat ditentukan masing-masingvolume dari piringan. Masing-masing volume piringan nantinya akan dijumlahkan untuk menentukan volume total.

==

Dengan cara yang sama, ditentukan masing-masing volume dari setiap sampel buahmangga.

- Tahap pengukuran intensitas warnaIntensitas warna diukur dengan menggunakan model warna RGB ( red, green, blue ) danHIS ( hue, saturation, intensity ). Intensitas warna merah, hijau dan biru yang diperolehdari hasil threshold citra awal kemudian dinormalkan dengan menggunakan persamaan:

= + +

=+ +

=+ +

dimana:R, G, B = nilai intensitas warna merah, hijau dan biruR, g, b = indeks warna merah, hijau dan biruuntuk memperoleh nilai index warna merah, index warna hijau dan index warna biru (r,g, b), kemudian komponen warna tersebut dikonversi kedalam bentuk model warna HISdengan menggunakan persamaan:

cos =2

2 ( ) 2 + ( ) = 1 3+ + min , ,

=+ +

3

-

Perhitungan volume dengan pendekatan elipsoidalBentuk buah mangga diasumsikan sebanding dengan bentuk elips. Volume ideal daribentuk elips dapat dihitung dari panjang (L), diameter mayor (D 1) dan diameter minor(D2), ditunjukkan pada gambar dibawah ini.


12/14

Panjang dan diameter mayor dan minor dari masing-masing buah mangga pertama kalidiukur dengan menggunakan jangka sorong sebelum proses pengambilan citra dilakukan.Volume buah mangga dihitung dengan menggunakan rumus:

=43 2

1

22

2=

1 26

- Validasi pengukuran dengan pendekatan elipsoidal dengan pengolahan citraAnalisis statistik berupa uji beda nyata dilakukan untuk melakukan perbandinganterhadap hasil pengukuran menggunakan pendekatan elipsoidal dengan menggunakanpengolahan citra.

- Bagan alir prosedur seperti dibawah ini:


13/14

TidakTidak

Ya

Mulai

Sampel Image Acquicition(kamera CCD)

Simpan citra dalambentuk TIFF

Program pengolahancitra digital

Citra warna

Perhitungan volume

ThresholdingProcessing

Citra biner

MorphologicalProcessing

Analisis warnaRGB

Transformasi citrawarna ke HSI

Nilai warna(RGB, HIS)

Volume citra

Pengukuran Diametermayor dan minor

Perhitunganvolume

Volumemangga

Penyesuaian hasil pengolahan citra dengan hasilpengukuran manual ( elippsoidal approximate )

Penggolonganberdasarkan SNI

Selesai

Valid


14/14

DAFTAR PUSTAKA

Broto, W. 2003, Mangga, Budi Daya, Pascapanen dan Tataniaganya. Agromedia Pustaka,Jakarta.

Janick, J. 1972. Holticulture Science . WH.Freman. San Fransisco.

Sjaifullah. 1996. Petunjuk Memilih Buah Segar. Penebar Swadaya. Jakarta.

Suhandi, D dan Usman Ahmad. Tanpa Tahun. Pengembangan Algoritma Image Processinguntuk Menduga Pemasakan Buah Manggis Segar. Buletin Keteknikan Pertanian.

Sunaryono, H. 1981. Pengenalan Jenis Tanaman Buah-Buahan dan Bercocok Tanam Buah-Buahan Penting di Indonesia. Sinar Baru. Bandung.

Surachmat, 1985. Mangga ( Mangifera indica, L ). Yasaguna. Jakarta.

Stroud, K.A. 1987. Matematika untuk Teknik. Terjemahan. Erwin Sucipto. Erlangga. Bandung.

Tafzi, F. 1999. Pengembangan Sistem Informasi Pasca Panen Buah Mangga ( Mangifera Indica, L ). Tesis. Program Pasca Sarjana Institut Pertanian Bogor. Bogor.

uas mekantronika dn robotika repaired)

Documents