METODE PENDETEKSIAN TEPI SOBEL DAN CANNY UNTUK

PENGUKURAN DIAMETER SERAT NONWOVEN

POLYCARBOSILANE

Slamet Pribadi, Pranjono, Triarjo, Deni Mustika, Jan Setiawan

Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir - BATAN, Tangerang Selatan, Indonesia,

slemtp@batan.go.id

ABSTRAK

METODE PENDETEKSIAN TEPI SOBEL DAN CANNY UNTUK PENGUKURAN DIAMETER

SERAT NONWOVEN POLYCARBOSILANE. Telah dilakukan pemrosesan citra digital berupa

pendeteksian tepi metode Sobel dan Canny pada citra serat Nonwoven Polycarbosilane (PCS) yang dibuat

dengan menggunakan teknik electrospinning. Pemrosesan citra berupa pendeteksian tepi dilakukan untuk

pengukuran diameter serat. Pemrosesan citra dan pengukuran diameter dilakukan dengan menggunakan

aplikasi ImageJ. Pengukuran diameter dilakukan dengan pengukuran langsung jarak antara dua garis tepi

serat. Hasil pendeteksian tepi dari metode Canny menunjukkan hasil pendeteksian tepi yang lebih baik

dengan kesalahan piksel yang lebih rendah dibandingkan metode Sobel. Dari distribusi diameter serat

Nonwoven Polycarbosilane yang teramati diperoleh rata-rata sebesar 6,732 ± 2,102 µm.

Kata Kunci: diameter, serat nonwoven, PCS, metoda pendeteksian tepi.

ABSTRACT

SOBEL AND CANNY EDGE’S DETECTION METHOD FOR DIAMETER MEASUREMENT OF

POLYCARBOSILANE NONWOVEN FIBERS. Edge detection digital image process by Sobel and Canny

method of Polycarbosilane nonwoven fibers images produced by electrospinning process has been done.

Image processing for diameter measurement has been done. Image processing and diameter measurement

has been done by direct distances measurement of two lines corresponding to the edge’s of the fiber. The

result of the Canny edge’s detection show better lines with low pixel error compared to the Sobel method.

The distribution of diameter the nonwoven polycarbosilane fibers show the average diameter value at 6,732

± 2,102 µm.

Keywords: diameter, nonwoven fiber, PCS, edge detection method.

PENDAHULUAN

Serat nonwoven merupakan rajutan

serat berupa lembaran yang ikatannya

disebabkan oleh gaya gesekan dan/atau

kohesi maupun adhesi [1]. Beberapa

kesulitan dalam pengukuran diameter serat

nonwoven antara lain: Bagaimana

memperoleh citra yang baik untuk dianalisis,

bagaimana mendesain algoritma yang praktis

untuk memperoses citra serat nonwoven [2].

Citra yang diperoleh dari mikroskop

perlu dilakukan proses image processing

dengan tujuan untuk memperoleh informasi

citra yang akurat [3]. Gonzales (2002) dalam

[3] menunjukkan beberapa cara pemrosesan

signal digital untuk meningkatkan kualitas

citra seperti: pengaturan brightness dan

contrast, pendeteksian tepi, noise reduction,

pengaturan fokus, motion blur reduction dan

lainnya. Untuk penentuan diameter serat

nonwoven, pemrosesan signal digital yang

perlu dilakukan adalah pendeteksian tepi [4-

6]. Pendeteksian tepi merupakan proses

untuk menentukan tepi dari sebuah citra

[3,7]. Tepi mengandung sifat yang istimewa

dan mengandung informasi penting.

Pendeteksian tepi dilakukan bertujuan untuk

mengurangi jumlah data secara signifikan

SEMINAR NASIONAL XI SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 15 SEPTEMBER 2015 ISSN 1978-0176 _______________________

________________________________________________

_____________________________________________

_______________________ ________________________________________________ 248

_____________________

dan memilah informasi yang tidak relevan

dengan mempertahankan karakteristik

struktur yang penting dari sebuah citra.

Pendeteksian tepi dapat mengeliminasi

redudansi data pada citra [3].

Metode Sobel merupakan metode

pendeteksian tepi berupa operator diferensial

turunan pertama yang melakukan komputasi

pendekatan dari gradien fungsi intensitas

citra yang dikembangkan oleh Sobel dan

Feldman tahun 1968 [3]. Pendeteksian tepi

metode Sobel yaitu mengukur gradien pada

spasial 2-D sebuah citra dan menguatkan

daerah dengan frekuensi spasial yang tinggi

yang berkorespondensi dengan tepi. Metode

Sobel menggunakan mask gradien 3×3.

Dimana mask ini yang akan mengganti nilai

piksel pada citra mulai baris awal hingga

baris terakhir [3,8].

Metode Canny merupakan

pendeteksian tepi yang dikembangkan oleh

John F. Canny tahun 1986, yang

menggunakan algoritma multi tingkat untuk

mendeteksi tepi sebuah citra pada rentang

yang lebar. Metode ini merupakan

pendeteksi tepi turunan kedua . Pendeteksian

tepi Canny merupakan pendeteksi tepi yang

kompleks dimana citra yang diproses

dilakukan proses noise reduction. Saat

algoritma Canny diaplikasikan, sudut (arah)

dan besar gradien citra yang diperoleh akan

digunakan untuk menentukan bagian tepi.

Titik tepi dalam metode ini didefinisikan

sebagai titik yang memiliki gradien dengan

nilai maksimum lokal dalam arah gradiennya

[3,7].

Dalam kajian ini dilakukan

pendeteksian tepi serat dari citra mikroskop

yang diperloeh menggunakan metode Sobel

dan Canny. Hasil pendeteksian tepi tersebut

akan digunakan sebagai batas tepi dalam

pengukuran diameter citra serat nonwoven

polycarbosilane. Serat nonwoven

polycarbosilane ini akan digunakan sebagai

bahan pengisi dalam pembuatan komposit

kelongsong bahan bakar nuklir.

TATA KERJA

Serat nonwoven PCS dibuat dengan

melarutkan polycarbosilane (PCS) dengan

toluena dan N,N-dimethylformamide (DMF).

Pengadukan larutan dilakukan selama 36

jam. Larutan PCS diumpankan ke peralatan

electrospinning dari Nabond dengan susunan

vertikal. Parameter proses yang diberikan

untuk proses pembuatan serat, laju larutan

umpan sebesar 3 mL/jam, tegangan listrik

sebesar 10 kV dan jarak antara ujung jarum

ke kolektor sejauh 120 mm. Kolektor yang

digunakan untuk menampung serat

digunakan kawat kisi sebesar 150 mm × 150

mm dengan ukuran kisi sebesar 5 mm × 5

mm seperti ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Serat nonwoven PCS hasil

electrospinning.

Gambar 2. Mikroskop Optik Nikon Epiphot.

Dari kolektor dilakukan pencuplikan

serat dan ditaruh diatas kaca preparat ukuran

20 × 20 mm dengan dasarnya diberi warna

hitam. Sampling serat diamati dengan

menggunakan mikroskop optik Nikon

Epiphot yang dilengkapi dengan kamera

digital seperti pada Gambar 2 untuk merekam

citra. Pengamatan serat pada mikroskop

optik dilakukan pada perbesaran 100 kali.

Untuk menentukan ukuran serat dalam satuan

mikrometer dilakukan pengambilan citra tile

yang merupakan kalibrator satuan panjang

yang akan digunakan sebagai kalibrator

satuan panjang saat pengukuran diameter

serat menggunakan aplikasi ImageJ [9,10].

Proses pengolahan citra dalam aplikasi

ImageJ diawali dengan mengubah citra

menjadi citra hitam-putih dengan kedalaman

8 bit dengan fasilitas process-binary dalam

aplikasi ImageJ. Pengubahan citra dengan

SEMINAR NASIONAL XI SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 15 SEPTEMBER 2015 ISSN 1978-0176 _______________________

________________________________________________

_____________________________________________

_______________________ ________________________________________________ 249

_____________________

proses tersebut tingkat threshold ditentukan

dengan menganalisis citra secara

keseluruhan.

Pendeteksian tepi serat dilakukan

menggunakan metode Sobel yang merupakan

metode dasar yang digunakan pada fasilitas

process-find edges dalam aplikasi ImageJ.

Sedangkan metode Canny merupakan plugins

yang dapat ditambahkan dalam aplikasi

ImageJ. Dalam analisis pendeteksian citra

yang menggunaan kedua metode tersebut

dilakukan pengamatan terhadap histogram

citra untuk melihat jumlah piksel pada citra.

Pengukuran diameter serat pada citra

dilakukan dengan terlebih dahulu penentuan

skala gambar dengan kalibrator tile yang

akan membantu dalam mengubah piksel ke

satuan panjang mikrometer. Penentuan

diameter serat dibuat garis tegak lurus

terhadap garis yang mewakili tepi serat yang

dihasilkan dari proses pendeteksian tepi.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari pengamatan mikroskop optik

diperoleh citra serat nonwoven PCS seperti

ditampilkan pada Gambar 3.

(a)

(b)

Gambar 3. Citra mikroskop optik serat

nonwoven PCS.

Gambar 3.a dan 3.b merupakan citra

mikroskop optik serat nonwoven PCS hasil

electrospinning dengan perbesaran 100 kali.

Orientasi serat yang acak dan jalinan serat

yang tidak rapat terlihat pada Gambar 3,

sehingga terlihat pori (ditunjukkan oleh tanda

panah) di dalam lembaran. Morfologi pada

serat tunggalnya secara keseluruhan

menunjukkan tidak ada pori. Dari Gambar 3,

citra mikroskop optik serat menunjukkan

citra dengan piksel yang terlalu rumit

sehingga sulit untuk dianalisis. Oleh karena

itu, dilakukan pendekatan pendeteksian tepi

agar dapat ditentukan tepi serat sehingga

dapat dilakukan penggukuran diameter. Dua

metode pendeteksian tepi yang digunakan

dalam kajian ini, yaitu metode Sobel dan

Canny. Pada Gambar 4 disajikan

perbandingan pendeteksian tepi antara

penggunaan metode Sobel dengan Canny

terhadap citra mikroskop optik dari Gambar

3.b.

(a)

(b)

Gambar 4. Hasil pendeteksian tepi citra serat

PCS menggunakan metode (a) Sobel dan (b)

Canny, pada aplikasi ImageJ

Pedeteksian tepi yang dilakukan

dengan kedua metode terlihat menunjukkan

hasil pendeteksian yang relatif serupa.

Perbedaan dari kedua metode tersebut secara

SEMINAR NASIONAL XI SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 15 SEPTEMBER 2015 ISSN 1978-0176 _______________________

________________________________________________

_____________________________________________

_______________________ ________________________________________________ 250

_____________________

grafis terlihat hasil pendeteksian tepi

menggunakan metode Sobel terlihat adanya

kelebihan piksel pada area deteksi yang sama

dengan model Canny. Kelebihan piksel

tersebut ditunjukkan oleh tanda panah pada

Gambar 4.a. Piksel yang dihasilkan dari

pendekatan tepi metode Sobel, merupakan

hasil dari matriks mask dimana tiap

elemennya merupakan pendekatan hasil

penjumlahan dari elemen horizontal dan

elemen vertikalnya. Hasil grafis yang

menunjukkan piksel yang lebih banyak

dibandingkan metode Canny, disebabkan

pada daerah tersebut memiliki frekuensi

spasial yang tinggi sehingga dianggap tepi

[3]. Berbeda dengan metode Canny yang

melakukan pendeteksian tepi dengan

meminimalisir signal to noise ratio (SNR),

kesalahan posisi piksel tepi yang serendah-

rendahnya dengan melakukan penentuan tepi

yang tepat, dan apabila muncul kesalahan

posisi piksel maka akan dipisahkan. Metode

Canny hanya akan memperlakukan tepi

dengan satu piksel [4].

Gambar 5. Citra serat nonwoven PCS yang

telah dilakukan pendeteksian tepi dan

pengukuran diameter serat menggunakan

aplikasi ImageJ.

Pada Gambar 5 disajikan pengukuran

diameter serat dengan menggunakan metode

langsung dalam aplikasi ImageJ. Hasil

pendeteksian tepi dengan kedua metode yang

relatif serupa, dipilih hasil pendeteksian tepi

metode Canny untuk pengukuran diameter

serat. Pengukuran jarak antara dua tepi yang

berdekatan dilakukan dengan

menghubungkan dua tepi tersebut dengan

garis lurus. Nilai panjang garis ditentukan

oleh aplikasi yang sebelumnya telah

dikalibrasi dengan skala gambar yang ada.

Perolehan nilai diameter untuk sepuluh garis

dari serat berbeda sehingga dapat terlihat

distribusi diameter serat seperti yang

disajikan pada Tabel 1. Pendeteksian tepi

dari kedua metode yang digabungkan dengan

citra mikroskop optik pada Gambar 5 terlihat

tidak semua serat dapat dibedakan gradasi

tepinya. Serat yang tidak dapat dibedakan

ditunjukkan dengan tanda panah. Pada

daerah tersebut bila dilakukan pengukuran

langsung akan menghasilkan nilai diameter

yang jauh lebih besar. Oleh karena itu,

penentuan diameter dengan metode langsung

dilakukan dengan mengeliminasi nilai

diameter pada daerah tersebut. Tabel 1. Nilai diameter serat dari pengukuran

langsung dengan pendeteksian tepi metode

Canny.

No.

Sudut antara garis

penanda diameter

terhadap sumbu-x (o)

Diameter serat

(µm)

1. 45,000 9,037

2. 53,973 8,691

3. 29,745 2,576

4. 75,964 3,952

5. 48,366 7,536

6. 41,186 6,935

7. 43,264 7,536

8. 21,251 5,933

9. 70,201 8,625

10. 31,430 6,502

Hasil pengukuran serat nonwoven

PCS pada Tabel 1 menunjukkan orientasi

serat relatif terhadap sumbu-x dan diameter

serat. Orientasi serat yang terlihat tidak

saling tegak lurus satu dengan yang lainnya,

melainkan membentuk sudut tertentu antara

satu dengan yang lainnya. Nilai diameter

serat terlihat nilainya relatif bervariasi. Hal

ini menunjukkan serat yang diproduksi dari

proses electrospinning memiliki diameter

yang tidak homogen yang dapat dipengaruhi

oleh karakteristik larutan dan laju alir larutan

dan orientasi serat yang acak akan

menunjukkan karakteristik isotropik.

Namun, dari pengukuran diameter dengan

memilih sepuluh serat, terdapat dua serat

yang nilai diameternya kurang dari 5 µm.

Nilai diameter yang diperoleh tersebut

kemungkinan merupakan nilai diameter serat

sebenarnya atau bukan, sangat mungkin citra

serat yang dianalisis tidak berbentuk silinder

x

y

SEMINAR NASIONAL XI SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 15 SEPTEMBER 2015 ISSN 1978-0176 _______________________

________________________________________________

_____________________________________________

_______________________ ________________________________________________ 251

_____________________

sempurna, melainkan berupa pita [9]. Ketika

bentuknya berupa pita maka akan terjadi

pelebaran disalah satu sisi dan di sisi lain

akan mengalami penipisan. Orientasi serat

yang acak akan membuat penampakan serat

yang tidak mudah untuk diamati. Dari

distribusi diameter serat pada Tabel 1,

ditentukan rata-rata diameter serat diperoleh

sebesar 6,732 µm dengan standar deviasi

sebesar 2,102 µm.

KESIMPULAN

Pendeteksian tepi pada citra

mikroskop optik dari serat PCS

menggunakan metode Canny diperoleh citra

pendeteksian tepi yang lebih baik

dibandingkan dengan metode Sobel, terlihat

dari kelebihan piksel dalam pendeteksian

tepinya. Untuk keperluan pengukuran

diameter serat hasil pendeteksian tepi kedua

metode masih dapat digunakan. Dari

pengukuran jarak antara dua tepi yang

dihasilkan dari pendeteksian tepi diperoleh

rata-rata diameter serat nonwoven sebesar

6,732 ± 2,102 µm.

DAFTAR PUSTAKA

1. Sinha, M.K., Das, B.R., Mishra, R.,

Ranjan, A., Srivastava, A., and Saxena,

A.K. “Study of electrospun

polycarbosilane (PCS) nanofibrous web

by needle-less technique”. Fashion and

Textiles, 1(2). pp . 2014

2. Chen Zeyun, Wang Rongwu, Zhang

Xianmiao and YinBaopu. “Study on

Measuring Microfiber Diameter in Melt-

blown Webbased on Image Analysis”.

Procedia Enginnering, 15, Pp 3516-

3520. 2011.

3. Vincent, O.R., and O. Folorunso. “A

Descriptive Algorithm for Sobel Imag

edge Detection”. Proceedings of

informing Science & IT Education

Conference (InSiTE), pp 97 - 107. 2009.

4. Oznergiz, E., yasar Emre Kiyak,

Mustafa E. Kamasak, and Isa Yildirim.

“Automated Nanofiber Diameter

Measurement in SEM Images Using a

Robust Image Analysis Method”.

Journal of Nanomaterials, vol. 2014,

Article ID 738490, 6 pages, 2014.

doi:10.1155/2014/738490.

5. Eun Ho Shin, Kwang Soo Cho, Moon

Hwo Seo and Hyungsup Kim.

“Determination of Electrospun Fiber

Diameter Distributions Using Image

Analysis Processing”. Macromolecular

Research, 16(4), pp 314-319. 2008.

6. Pourdeyhimi, B., and R., Dent.

“Measuring Fiber Diameter Distribution

in Nonwovens”. Textile Res. J. 69(4), pp

233-236. 1999.

7. Canny, J., “A Computational Approach

To Edge Detection”, IEEE Trans.

Pattern Analysis and Machine

Intelligence, 8(6):679–698. 1986.

8. Apriyana, Delta Sri Maharani, Shinta

Puspasari, dan Renni Angreni.

Perbandingan Metode Sobel, Metode

Prewitt dan Metode Robert Untuk

Deteksi Tepi Objek Pada Aplikasi

Pengenalan Bentuk Berbasis Citra

Digital. 2013.

http://eprints.mdp.ac.id/795/1/JURNAL

%20Apriyana%20dan%20Delta.pdf.

akses online: 20 Agustus 2015.

9. Setiawan, J. Sintesis Komposit Matriks

Keramik Silikon Karbida Berbasis

polycarbosilane dan Karakteristik

Panasnya Sebagai Bahan Penukar

Kalor. Disertasi. 2015.

10. Setiawan, J, S. Pribadi, Pranjono, S.

Poertadji, and Sigit. “Study on

morphology of Electrospun SiOC”,

Advanced material Research Vol 1123,

pp223-226. 2015.

TANYA JAWAB

Pertanyaan

Apa yang melatar belakangi penelitian tersebut? (Dwi Priyantoro)

Jawaban

Untuk mendapatkan teknik pengukuran diameter serat (nonwoven) yang cukup baik antara metode Sobel dan Cammy.

SEMINAR NASIONAL XI SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 15 SEPTEMBER 2015 ISSN 1978-0176 _______________________

________________________________________________

_____________________________________________

_______________________ ________________________________________________ 252

_____________________