Rancang Bangun Sistem Pengenalan Wajah
 Menggunakan Metode Filter Gabor dan Jaringan
 Syaraf Tiruan Learning Vector Quantization (LVQ)




                         Oleh;
                  DWI ELY KURNIAWAN
                   (24010410400015)




SEMARANG,                   Program Studi Magister Sistem Informasi
     2011                     Pasca Sarjana Universitas Diponegoro
Latar Belakang
   Sistem identifikasi biometrik wajah manusia adalah suatu sistem pengenalan
    individu dengan menggunakan ciri-ciri biometrik wajah dari individu yang
    bersangkutan.


   Masalah pengenalan wajah menjadi sulit karena variabilitas besar pada bentuk
    kepala dan kemiringan, intensitas pencahayaan dan sudut, ekspresi wajah,
    penuaan, dll (Woody Bledsoe, 1966).
Perumusan Masalah


”
   Penelitian ini diarahkan untuk menyelesaikan masalah bagaimana membangun
    desain sistem pengenalan wajah yang mampu mengenalai wajah lebih akurat

                               “ ≥ 90% “
    menggunakan metode ekstraksi ciri dengan filter gabor
    dan identifikasi wajah dengan jaringan syaraf tiruan learning vector
    quantization.
Batasan Masalah
   Metode yang digunakan dalam
    proses pembelajaran adalah JST
    LVQ.
   Sistem mengenali image dengan
    format .bmp
   Menggunakan system operasi
    Windows dan Matlab
   Pengenalan wajah dilakukan
    dengan mengenali citra wajah
    yang terdapat dalam database
    wajah yang telah ada sebelumnya.
Keaslian Penelitian


1
    Laporan dalam bentuk tulisan ilmiah pada International Journal of Computer
    Science and Network Security (IJCSNS),Volume.11 No.1, January 2011 berjudul
          Neural Network Based Face Recognition With Gabor Filters.


    Diteliti oleh Amina Khatun dan Md. Al-Amin Bhuiyan pada Jahangirnagar
    University, Bangladesh.


    Penelitian ini membahas sistem pengenalan wajah dengan ekstrasi fitur wajah
    menggunakan filter gabor dan identifikasi pengenalan wajah menggunakan
    Bidirectional Associative Memory (BAM) dan Back-Propagation Neural Network
    (BPNN). Ujicoba mengambil 200 gambar wajah dari 40 orang diperoleh tingkat
    pengenalan wajah 84,50%.
2
    Selanjutnya laporan lain dalam bentuk Proceedings Of The Romanian Academy,
    Seri A, Volume 11, No.3/2010, halaman 277–283 berjudul
                     Gabor Filter-Based Face Recognition Technique.


    Diteliti oleh Tudor Barbu pada Institute of Computer Science, Romanian Academy,
    Romania.


    Penelitian ini menggunakan ekstraksi fitur 2D filter bank gabor. Sebuah supervised
    classifier menggunakan jarak rata-rata minimum. Tingkat pengenalan wajah
    diperoleh sekitar 90%, yang melibatkan ratusan gambar frontal. Menggunakan
    Database Yale Face, yang berisi 168-192 ribuan gambar wajah.
3
    Laporan dalam bentuk jurnal pada International Journal of Computer Science
    Engineering and Technology (IJCSET), Vol.1,No.1, tahun 2011 berjudul
                Neural Network Based Face Recognition Using SOM.


    Diteliti oleh Shamla Mantri dan Kalpana Bapat di MITCOE Pune University, India.


    Penelitian ini mengembangkan dan mengilustrasikan sistem pengenalan wajah
    manusia menggunakan Self-Organizing Maps (SOM). Analisis wajah hasil untuk
    400 gambar dari database AT&T mencerminkan bahwa tingkat pengenalan wajah
    92,40% untuk 40 orang.
   Dari Ketiga Penelitian tersebut,..
       metode yang belum diungkap adalah..?
        Kombinasi metode filter gabor dengan identifikasi menggunakan Jaringan
        Syaraf Tiruan tipe


        1)   Self-Organizing Maps,
        2)   Learning Vector Quantization, dan
        3)   Fuzzy C-Means Clustering.
Manfaat Penelitian
   Manfaat dari penelitian ini adalah untuk menghasilkan suatu sistem pengenalan
    wajah yang dapat mendukung;


    1)   Aplikasi sistem keamanan, misalnya login sistem tertentu
    2)   Aplikasi sistem pengenalan penyamaran wajah, misalnya pada kasus teroris
    3)   Aplikasi sistem informasi pada database kepolisian,
    4)   Aplikasi sistem akses pintu masuk/FaceGate
    5)   dll..


   Selain itu untuk memperkaya literatur mengenai bidang identifikasi biometrik,
    kecerdasan buatan dan pengolahan citra (image processing) khususnya pengenalan
    wajah dengan metode filter gabor dan jaringan syaraf tiruan learning vector
    quantization.
Tujuan Penelitian
   Adapun tujuan penelitian ini adalah …
    untuk menghasilkan perangkat lunak sistem pengenalan wajah manusia yang dapat
    mengenali




                          lebih dari   90%        akurat.
Kajian dan Landasan Teori
3.1. Sistem Pengenalan Wajah
                       Hjelmas (2000)        Identifikasi atau Verifikasi
Menyebutkan dua cara pendekatan dalam
biometrik pengenalan wajah.


Pendekatan pertama identifikasi, bertujuan
untuk mencari jawaban identitas wajah
siapa orang tersebut.


Pendekatan kedua verifikasi, bertujuan
memastikan apakah benar wajah orang
yang dimaksud, bukan orang lain.
Deteksi wajah
                                          Pra-pemrosesan
                     (lokalisasi)

     Image foto

                                            Database
                                             wajah
                                                             Filter gabor


                    Identifikasi dg JST

    diterima atau        Pengenalan
                                               Binerisasi
        ditolak            wajah




Framework Pengenalan Wajah dengan Filter Gabor
                                                  (Sumber: Amina Khatun, 2011)
3.2. Pra-pemrosesan
   bertujuan untuk memperbaiki kualitas citra dengan cara memanipulasi parameter-
   parameter citra. Tahap ini meliputi: pengambilan citra, konversi citra dari format
   RGB ke bentuk format keabuan (grayscale).
3.3. Ekstraksi Ciri dengan Filter Gabor
   bertujuan untuk mendapatkan informasi penting dari tekstur suatu citra. Filter gabor
   merupakan sebuah pilihan tradisional untuk memperoleh informasi frekuensi yang
   terlokalisasi. Filter-filter gabor menawarkan lokalisasi simultan terbaik dari
   informasi spasial dan frekuensi.




    dimana
3.4. Binerisasi
   Citra grayscale yang diperoleh dari proses ekualisasi histogram, selanjutnya akan
   mengalami proses binerisasi, sehingga dihasilkan citra biner yang siap untuk proses
   pelabelan. Binerisasi diilustrasikan pada gambar berikut.



                         threshold                           6             Histogram
                                                             5
            67 70 69                  1    1    1




                                                             Frekuensi
                                                             4
            56 57 58                  0         1            3
                                                             2
            34 43 40                  0    0    0            1
                                     Bit string: 11110000    0
                                     Decimal code: 240                   Binari Code
3.5. Klasifikasi dengan Jaringan
   Syaraf Tiruan
                                             X1


   Setelah melalui proses ekstraksi          X2                           y_in1        y1
   ciri, selanjutnya nilai yang dihasilkan               ||Xi – W1i ||            F1
   dilakukan pembelajaran LVQ.
                                             X3                           y_in1        y2
                                                         ||Xi – W2i ||            F2
   Selanjutnya dilakukan proses              X4
   pengklasifikasian nilai masukan                                        y_in3        y3
   terhadap target yang telah                X5           ||Xi – W3i ||           F3
   ditentukan.

   Pengklasifikasian sinyal oleh JST         Xn
   menggunakan skema pembagian
   pasangan biner.                                Arsitektur Jaringan LVQ
Metode Penelitian
Bahan Penelitian
   Bahan penelitian diperoleh dari database wajah pada AT&T database tersedia di
   http://www.cl.cam.ac.uk/research/dtg/attarchive/facedatabase.html.
Alat Penelitian
   Untuk membantu pengujian pendektesian otomatis wajah digunakan alat bantu
   komputer dengan sistem operasi Windows dan Matlab
Jalan Penelitian
      1) Studi Literatur
      Studi literatur dilakukan untuk mendapatkan pengetahuan tentang pengolahan
      citra diantaranya pre-prosesing, ekstraksi fitur dan klasifikasi atau identifikasi.
      Studi literatur juga diperlukan untuk mendapatkan informasi penelitian-
      penelitian sebelumnya tentang deteksi pengenalan wajah yang telah
      diterapkan.
Studi Literatur


Pendeteksian Wajah (face detection)
                                                                  Dengan Pendekatan
       Pra-pemrosesan                       Akuisisi Data         Terstruktur
                                                                  Menggunakan Model
                                                                  Proses Sequensial
                                                                  Linear

                            Pengenalan Wajah (face recognition)   1.   Analisis
                                                                  2.   Desain
                                                                  3.   Coding
   Ekstraksi Fitur dengan                Binerisasi Citra         4.   Testing
        Filter Gabor


                   Klasifikasi dengan JST
                             LVQ



       Hasil Penelitian                     Analisis Hasil         Dokumentasi Hasil
                                             Penelitian               Penelitian


Desain Penelitian
Gambaran menyeluruh dari sistem yang akan dibangun
2) Perancangan dan Pengembangan Prototype
                                                                  citra
       Perancangan diperlukan untuk mengetahui alur
        desain sistem dari aplikasi yang dibangun.

                                                             Pra-pemrosesan
3) Pengujian Sistem
       Pengujian sistem dilakukan untuk mendapatkan
        keakurasian dari metode yang digunakan.
                                                             Ekstraksi ciri dg
                                                              Filter Gabor
4) Penarikan Kesimpulan
       Setelah pengujian selesai, maka diambil suatu
        kesimpulan.                                           Klasifikasi dg
                                                                JST LVQ


5) Penulisan Laporan Tesis
       Penulisan laporan tesis sebagai tahap akhir             Keputusan
        penelitian
                                                              Diagram Alir
                                                        Sistem Pengenalan Wajah
Fase Training                        Fase Testing
Proses
               Training Image                       Testing Image
pengenalan
dibagi
menjadi dua
              Pra-Pemrosesan                        Pra-Pemrosesan
fase.


                Ekstaksi Fitur                       Ekstaksi Fitur

                                   Feature Vector
                  Training                            Klasifikasi




              Template Biometrik                      Keputusan


                    Diagram Alir Sistem Pengenalan Wajah
5. Jadwal penelitian
No       Kegiatan                  Mei             Juni             Juli           Agustus         September       Oktober
                               1   2   3   4   1   2    3   4   1   2    3   4   1  2    3   4   1    2  3   4   1  2   3    4

     1   Studi literatur


         Penyusunan dan
     2
         presentasi proposal


     3   Perancangan Sistem

     4   Pengujian Sistem

         Penulisan laporan
     5
         tesis
         Pemeriksaan laporan
     6
         tesis

         Penyempurnaan
     7
         laporan tesis


         Presentasi dan
     8
         sidang tesis

Proposal Sistem Pengenalan Wajah

  • 1.
    Rancang Bangun SistemPengenalan Wajah Menggunakan Metode Filter Gabor dan Jaringan Syaraf Tiruan Learning Vector Quantization (LVQ) Oleh; DWI ELY KURNIAWAN (24010410400015) SEMARANG, Program Studi Magister Sistem Informasi 2011 Pasca Sarjana Universitas Diponegoro
  • 2.
    Latar Belakang  Sistem identifikasi biometrik wajah manusia adalah suatu sistem pengenalan individu dengan menggunakan ciri-ciri biometrik wajah dari individu yang bersangkutan.  Masalah pengenalan wajah menjadi sulit karena variabilitas besar pada bentuk kepala dan kemiringan, intensitas pencahayaan dan sudut, ekspresi wajah, penuaan, dll (Woody Bledsoe, 1966).
  • 3.
    Perumusan Masalah ”  Penelitian ini diarahkan untuk menyelesaikan masalah bagaimana membangun desain sistem pengenalan wajah yang mampu mengenalai wajah lebih akurat “ ≥ 90% “ menggunakan metode ekstraksi ciri dengan filter gabor dan identifikasi wajah dengan jaringan syaraf tiruan learning vector quantization.
  • 4.
    Batasan Masalah  Metode yang digunakan dalam proses pembelajaran adalah JST LVQ.  Sistem mengenali image dengan format .bmp  Menggunakan system operasi Windows dan Matlab  Pengenalan wajah dilakukan dengan mengenali citra wajah yang terdapat dalam database wajah yang telah ada sebelumnya.
  • 5.
    Keaslian Penelitian 1 Laporan dalam bentuk tulisan ilmiah pada International Journal of Computer Science and Network Security (IJCSNS),Volume.11 No.1, January 2011 berjudul Neural Network Based Face Recognition With Gabor Filters. Diteliti oleh Amina Khatun dan Md. Al-Amin Bhuiyan pada Jahangirnagar University, Bangladesh. Penelitian ini membahas sistem pengenalan wajah dengan ekstrasi fitur wajah menggunakan filter gabor dan identifikasi pengenalan wajah menggunakan Bidirectional Associative Memory (BAM) dan Back-Propagation Neural Network (BPNN). Ujicoba mengambil 200 gambar wajah dari 40 orang diperoleh tingkat pengenalan wajah 84,50%.
  • 6.
    2 Selanjutnya laporan lain dalam bentuk Proceedings Of The Romanian Academy, Seri A, Volume 11, No.3/2010, halaman 277–283 berjudul Gabor Filter-Based Face Recognition Technique. Diteliti oleh Tudor Barbu pada Institute of Computer Science, Romanian Academy, Romania. Penelitian ini menggunakan ekstraksi fitur 2D filter bank gabor. Sebuah supervised classifier menggunakan jarak rata-rata minimum. Tingkat pengenalan wajah diperoleh sekitar 90%, yang melibatkan ratusan gambar frontal. Menggunakan Database Yale Face, yang berisi 168-192 ribuan gambar wajah.
  • 7.
    3 Laporan dalam bentuk jurnal pada International Journal of Computer Science Engineering and Technology (IJCSET), Vol.1,No.1, tahun 2011 berjudul Neural Network Based Face Recognition Using SOM. Diteliti oleh Shamla Mantri dan Kalpana Bapat di MITCOE Pune University, India. Penelitian ini mengembangkan dan mengilustrasikan sistem pengenalan wajah manusia menggunakan Self-Organizing Maps (SOM). Analisis wajah hasil untuk 400 gambar dari database AT&T mencerminkan bahwa tingkat pengenalan wajah 92,40% untuk 40 orang.
  • 8.
    Dari Ketiga Penelitian tersebut,..  metode yang belum diungkap adalah..? Kombinasi metode filter gabor dengan identifikasi menggunakan Jaringan Syaraf Tiruan tipe 1) Self-Organizing Maps, 2) Learning Vector Quantization, dan 3) Fuzzy C-Means Clustering.
  • 9.
    Manfaat Penelitian  Manfaat dari penelitian ini adalah untuk menghasilkan suatu sistem pengenalan wajah yang dapat mendukung; 1) Aplikasi sistem keamanan, misalnya login sistem tertentu 2) Aplikasi sistem pengenalan penyamaran wajah, misalnya pada kasus teroris 3) Aplikasi sistem informasi pada database kepolisian, 4) Aplikasi sistem akses pintu masuk/FaceGate 5) dll..  Selain itu untuk memperkaya literatur mengenai bidang identifikasi biometrik, kecerdasan buatan dan pengolahan citra (image processing) khususnya pengenalan wajah dengan metode filter gabor dan jaringan syaraf tiruan learning vector quantization.
  • 10.
    Tujuan Penelitian  Adapun tujuan penelitian ini adalah … untuk menghasilkan perangkat lunak sistem pengenalan wajah manusia yang dapat mengenali lebih dari 90% akurat.
  • 11.
    Kajian dan LandasanTeori 3.1. Sistem Pengenalan Wajah Hjelmas (2000) Identifikasi atau Verifikasi Menyebutkan dua cara pendekatan dalam biometrik pengenalan wajah. Pendekatan pertama identifikasi, bertujuan untuk mencari jawaban identitas wajah siapa orang tersebut. Pendekatan kedua verifikasi, bertujuan memastikan apakah benar wajah orang yang dimaksud, bukan orang lain.
  • 12.
    Deteksi wajah Pra-pemrosesan (lokalisasi) Image foto Database wajah Filter gabor Identifikasi dg JST diterima atau Pengenalan Binerisasi ditolak wajah Framework Pengenalan Wajah dengan Filter Gabor (Sumber: Amina Khatun, 2011)
  • 13.
    3.2. Pra-pemrosesan bertujuan untuk memperbaiki kualitas citra dengan cara memanipulasi parameter- parameter citra. Tahap ini meliputi: pengambilan citra, konversi citra dari format RGB ke bentuk format keabuan (grayscale). 3.3. Ekstraksi Ciri dengan Filter Gabor bertujuan untuk mendapatkan informasi penting dari tekstur suatu citra. Filter gabor merupakan sebuah pilihan tradisional untuk memperoleh informasi frekuensi yang terlokalisasi. Filter-filter gabor menawarkan lokalisasi simultan terbaik dari informasi spasial dan frekuensi. dimana
  • 14.
    3.4. Binerisasi Citra grayscale yang diperoleh dari proses ekualisasi histogram, selanjutnya akan mengalami proses binerisasi, sehingga dihasilkan citra biner yang siap untuk proses pelabelan. Binerisasi diilustrasikan pada gambar berikut. threshold 6 Histogram 5 67 70 69 1 1 1 Frekuensi 4 56 57 58 0 1 3 2 34 43 40 0 0 0 1 Bit string: 11110000 0 Decimal code: 240 Binari Code
  • 15.
    3.5. Klasifikasi denganJaringan Syaraf Tiruan X1 Setelah melalui proses ekstraksi X2 y_in1 y1 ciri, selanjutnya nilai yang dihasilkan ||Xi – W1i || F1 dilakukan pembelajaran LVQ. X3 y_in1 y2 ||Xi – W2i || F2 Selanjutnya dilakukan proses X4 pengklasifikasian nilai masukan y_in3 y3 terhadap target yang telah X5 ||Xi – W3i || F3 ditentukan. Pengklasifikasian sinyal oleh JST Xn menggunakan skema pembagian pasangan biner. Arsitektur Jaringan LVQ
  • 16.
    Metode Penelitian Bahan Penelitian Bahan penelitian diperoleh dari database wajah pada AT&T database tersedia di http://www.cl.cam.ac.uk/research/dtg/attarchive/facedatabase.html. Alat Penelitian Untuk membantu pengujian pendektesian otomatis wajah digunakan alat bantu komputer dengan sistem operasi Windows dan Matlab Jalan Penelitian 1) Studi Literatur Studi literatur dilakukan untuk mendapatkan pengetahuan tentang pengolahan citra diantaranya pre-prosesing, ekstraksi fitur dan klasifikasi atau identifikasi. Studi literatur juga diperlukan untuk mendapatkan informasi penelitian- penelitian sebelumnya tentang deteksi pengenalan wajah yang telah diterapkan.
  • 17.
    Studi Literatur Pendeteksian Wajah(face detection) Dengan Pendekatan Pra-pemrosesan Akuisisi Data Terstruktur Menggunakan Model Proses Sequensial Linear Pengenalan Wajah (face recognition) 1. Analisis 2. Desain 3. Coding Ekstraksi Fitur dengan Binerisasi Citra 4. Testing Filter Gabor Klasifikasi dengan JST LVQ Hasil Penelitian Analisis Hasil Dokumentasi Hasil Penelitian Penelitian Desain Penelitian Gambaran menyeluruh dari sistem yang akan dibangun
  • 18.
    2) Perancangan danPengembangan Prototype citra  Perancangan diperlukan untuk mengetahui alur desain sistem dari aplikasi yang dibangun. Pra-pemrosesan 3) Pengujian Sistem  Pengujian sistem dilakukan untuk mendapatkan keakurasian dari metode yang digunakan. Ekstraksi ciri dg Filter Gabor 4) Penarikan Kesimpulan  Setelah pengujian selesai, maka diambil suatu kesimpulan. Klasifikasi dg JST LVQ 5) Penulisan Laporan Tesis  Penulisan laporan tesis sebagai tahap akhir Keputusan penelitian Diagram Alir Sistem Pengenalan Wajah
  • 19.
    Fase Training Fase Testing Proses Training Image Testing Image pengenalan dibagi menjadi dua Pra-Pemrosesan Pra-Pemrosesan fase. Ekstaksi Fitur Ekstaksi Fitur Feature Vector Training Klasifikasi Template Biometrik Keputusan Diagram Alir Sistem Pengenalan Wajah
  • 20.
    5. Jadwal penelitian No Kegiatan Mei Juni Juli Agustus September Oktober 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 Studi literatur Penyusunan dan 2 presentasi proposal 3 Perancangan Sistem 4 Pengujian Sistem Penulisan laporan 5 tesis Pemeriksaan laporan 6 tesis Penyempurnaan 7 laporan tesis Presentasi dan 8 sidang tesis