TELKOM NIKA , Vol.14, No .3, Septembe r 2016, pp. 1 128 ~11 3 3   ISSN: 1693-6 930,  accredited  A  by DIKTI, De cree No: 58/DIK T I/Kep/2013   DOI :  10.12928/TELKOMNIKA.v14i3.3486    1128      Re cei v ed Fe brua ry 15, 20 16; Re vised  May 4, 201 6; Acce pted Ma y 27, 201 6   Classification of Motorcyclists not Wear Helmet on  Digital Image with Backpropagation Neural Network      Sutikno*, Ind r a Was p ada,  Nurdin Ba htiar, Priy o  Sid i k Sasongko   Dep a rtment of Comp uter Scie nce/Informati cs , F a cult y  of Sci ence a nd Math ematics,  Univers i t y  of  Di pon eg oro   Prof. Soedarto  Street,  T e mbal ang, Semar a n g  502 75, Indo n e sia   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : tik@und ip.ac . id       A b st r a ct  One of t he w o rld s  l ead in g  caus es  of d eath  is  traffic  acci dents.  D a ta fro m  W o r l d H ealth  Organi z a t i on ( W HO) that  there are 1. 25  mil lion p e o p le i n  the w o rld di e each year. Mea n w h ile, bas ed  o n   data o b tai ned  from Statistics  Indon esia, tra ffic acci de nts from  200 6 to 2 013 c ontin ue t o  incre a se. Of al l   these accidents,  the largest accident occur r ed at motorcy c lis ts, especially m o torcyclists who not wearing  standar d he lmet. In controlli ng the  motorc yclists, polic view  directly a t  the hi ghw ay, so that there ar e   w eaknesses  w h ich th ere  are  still a  possi bi lit y of motor cycli s t offenders w ho ar e u n d e tec t able  esp e cia l l y  for  motorcyc lists  w ho are n o t w ear h e l m et. T h is pa per ex pl ai ns rese arch o n  i m a ge cl assi fication  of hu man   hea d w earin a hel met an d n o t w earing  a h e l m et w i th  bac kprop agati on n eura l   netw o rk alg o rith m.  T he test  results of this analysis is th e app licati on  can perfo r m classificati on  w i th 86.67% a ccuracy rate. T h is  researc h  can be dev eloped into a larger system  and  integrated that can be used  to detect m o torcyclis ts   w ho are not w earin g hel met.    Ke y w ords :  tra ffic accidents, classificati on, n o t w ear ing a h e l m et, backpr o pag atio n neur a l  netw o rk    Copy right  ©  2016 Un ive r sita s Ah mad  Dah l an . All rig h t s r ese rved .       1. Introduc tion   Traffic a cci de nts are o ne cause of deat h in t he worl d .   Data obtain ed from Worl d Health   Orga nization  (WHO ), the n u mbe r  of pe ople who di e d  in the worl d ca use d  by  traffic accid e nts   totaled 1.25  million pe opl e ann ually [1].  While in I ndon esi a , ba sed  on d a ta  from Statisti cs  Indone sia, nu mber of a c cid ents record e d  from 20 06 t o  2013  co ntin ues to in crea se.  Of all the s accide nts, th e big g e s t a c cide nt o c curred o n  m o torcycli sts [2].  One  of the  reason s that  the  motorcycli st were not we a r ing a hel met acco rding to  stand ard s  set by the government.  The g o vernm ent ha s i s sue d  re gulatio No. 2 2  of  200 9 on  traffic  a nd road  tran sportation   whi c one  of  the pu rpo s e  i s  to  de crea se the  deat h  rate that  cau s ed by t r affic  accide nt. On e of   the content s i n  the  re gulati on that  i s  in  a r ticle  106  p a ragra ph  stat es th at eve r person  d r ivin g a   motorcycle  a nd the moto rcycle  pa ssen ger m u st  wea r  a hel met th at meets n a tional  standa rd s of  Indone sia [3].  Mean while, a ll this time, supervi sion of  motorc y c list s  on the roa d  by the police is  still   done  man uall y  by loo k ing   dire ctly at th e hig h way. There  a r we a k ne sse s   whi c h the r e i s   still  a   possibility of  motorcycli st off ende rs  who  are   und etectabl e, especi a lly for  motorcycli sts wh o   were not we a r ing hel mets,  still if the police is  st andi n g  guard at the police  stati on, they can  no kno w  m o torcyclists  wh o were  not weari ng helm e ts.  One  solutio n   to overcome t hat problem i s  to   utilize the camera in  conducti ng surveillance on highways a nd combined with the detection  pro c e ss fo r d e tecting the p r esen ce of m o to rcy c list s  who we re not  wea r ing h e lm ets.  There are se veral rese arches th at have been  don e  relating to t he monito rin g  of the  traffic that i s   usin g a  came ra  with  good  result s [4 -6].  On tho s e  researche s , the   came ra  was  only  use d  for mon i toring  and  im age from th result of  re co rding  was not  used  well. T he result of t he  recording  ca n  be u s e d  for  example to  d e tect o r   to  cl assify motorcyclist wea r ing  a helm e t or  not  automatically. Resea r ch from this cl assificati on issu e s  ha s bee n d one by usi n g  Support Ve ctor   Machi n e s  (S VM) to gene rate an accu ra cy rate of 85 % [7].  This pap er e x plains  th e classificatio n   p r oc ess of  mot o rcyli s ts we aring  a helmet and  n o on the  high way on di gital  image  with b a ckpropa gati on ne ural net work. T h is  m e thod h a s be en  widely u s e d   in the p r o c e ss  of identifi c ati on and d e tection with   good re sult s,  for  exa m p l e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Cla ssifi cation  of Motorcycli s ts not Wea r  Helm et on Di gital Im age With… (Sutikn o )   1129 identificatio of varietie s of  f ood,  stone t e xture id entification,  s hap e  identificatio n ,  moldy pe an ut  kernel s id enti f ication, ide n tification of  external   quality  of wh eat g r ain, de rmatol ogical di sea s es  detectio n an d re nal tum o r detectio n  [8-18]. The  re su lt s of  t h is  re s ear ch  m a y contribute  to the   developm ent of  violation d e tectio n  sy st e m s,  of   mot o r c y c list s  not  we aring  a  helm e t, automatical ly  based on di gi tal image that captured by the cam e ra.      2.  Res earc h  Method   2.1. Sy stem  Des c ription   De scription of  application that  unde rtake n  in this re se arch ca n be seen in Figu re  1.          Figure 1. De scriptio n of Applicatio n           Figure 2. Architecture of Backpropa gati on Ne ural  Ne twork      In the outlin e, the syste m  t hat wa built is divid ed into two  parts, n a mel y  training   p r oc es s  an d  te s t in g  pr oc ess .   a.  The traini ng p r ocess  The traini ng  pro c e ss b egi ns by ente r in g some   data  in the form of motorcy c li st image  that wea r  h e l m et and  not  wea r  h e lmet.  After t hat, the data i s   carried  out a p r oce s of ima ge  pro c e ssi ng  so the  re sult  is im age  feature.  Fu rth e r, featu r e i m age  is sto r ed in  the  d a ta  base.  Feature imag tha t  has  bee n sto r ed  was traine d  usin ba ckprop agatio n eural   netwo rk.  Th e  result s of this trainin g  are in t he form of weighte d  values  of backp rop agat ion  neural network archite c ture b.  The testing p r oce ss  The te sting p r ocess i s  u s e d  to dete r min e  ac cu ra cy l e vel of the  system that h a s b een   made.  Thi s  p r ocess i s  sta r ted in the form of  input image.  Then  do  the image p r oce s sing  whi c will g ene rate  image fe ature.  In testing  pro c e ss,  dat a inp u t is in  the fo rm of  wei ghting  value   resulting fro m  the trainin g  pro c e s s an d the  feat ure  image  in the  testing p r o c e ss.  Th e re sult s of   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 14, No. 3, September 20 16 :  1128 – 11 33   1130 this process  are u s e d  to test wheth e the  image i s  an image of  the head of  a motorcycli st  wea r ing a h e l m et or not.       Table 1. Example of Data  T hat Will be  Trained and Tested  (a). T he image of  head not  wear  a helmet    (b). T he image of  head  w e a r   helmet  F ile Name  Image    F ile Name  Image  File001      File016    File002      File017    File003      File018    File004      File019    File005      File020    File006      File021    File007      File022    File008      File023    File009      File024    File010      File025    File011      File026    File012      File027    File013      File028    File014      File029    File015      File030        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Cla ssifi cation  of Motorcycli s ts not Wea r  Helm et on Di gital Im age With… (Sutikn o )   1131 2.1. Architec ture o f  Ba ck propag a tion  Neur al Net w ork   Backpropa ga tion neu ral n e twork a r chit ecture of  this system  con s ists of 40 0 in puts, on hidde n layer  con s i s ts of 40  neuro n s, an d  one output a s  in Figu re 2.       3. Resul t and  Discus s ion   This  re sea r ch  con d u c ted t w o te sts, n a m ely  ba ckpro pagatio n ne ural network tra i ning a nd  perfo rman ce  of backpropa gation ne ural  netwo rk al go rithm.    3.1.  The Tes t ing  of Ba ckpr o p a gation  Neur al Net w o r ks  Training   The data that  used a s  train i ng amou nted  to 150 images whi c con s ist s  of 75 image s of  the head we aring a h e lm et and 75 im age s of t he head not we aring a helmet.  The image size  that use d  a s  trainin g  is  20x 20 pixel, the  example i s  in  the Tabl e 1.  The pu rp ose  of this trai nin g  is  to find the best suita b le  netwo rk  pattern s of  the architectu re t hat has b e e n  created  which   prod uces val ues of net work wei ghts.   Testing  of net work t r ainin g   is u s ing  traini ng inte rface a s  in  Figu re 3   with same i n put limit  of epoch a nd error  wh ich maximu m limit of  epo ch is 3 0 . 000 and b ound ary error is  0.0000 01.  Thi s  test  will fin d  the influe nce of variatio n s  in  rate  of le arnin g  ( α ) bet wee n  0.1 u p   to   0.9, then sea r che d  the lowest epo ch. Th ese te st re sul t s are  sho w in Table 2.           Figure 3. Trai ning Interfa c e  of  Backp rop agation Neu r al  Network      Table 2. Te sting Trai ning  Result of Backp rop agatio n Network with  A Learni ng Rate ( α ) Variati o n   No.  Learning r a te ( α )  Epoch  Error   1 0.1  5988   0.000001   2 0.2  3055   0.000001   3 0.3  2103   0.000001   4 0.4  1451   0.000001   5 0.5  1129   0.000001   6 0.6  933  0.000001   7 0.7  914  0.000001   8 0.8  1016   0.000001   9 0.9  1049   0.000001       From Ta ble 2  it appears that the maximum lim it of th e same e p o c h and the sa me error  make all  the testing  h a s reached a  pre deter mi ned  e rro r befo r re achi ng the m a ximum ep och  limit.  Additionally, the smal lest epo ch i s   achi eved  du ri ng the test b y  giving learn i ng rate by 0. with 9 14  epo ch. M o re over, it can  be  seen th at t he  large r  th e le arnin g   rate v a lue, the  fast e r   provisi on give s tende ncy in  achievin g an  erro r or e p o c h value be co me small e r.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 14, No. 3, September 20 16 :  1128 – 11 33   1132 3.2. Testing  Performan c e  Backp ropa g a tion Neural  Net w o r Alg o rithm   This t e st i s   u s ed  to me asu r e p e rfo r ma n c of  ba ck  p r opag ation ne ural network algorith m   in cla s sifying  the imag of a hum an  head  we arin g helmet s  a nd not  wea r i ng a h e lmet.   The   interface u s e d  in these te sts a s  in Fig u re 4.  Thi s  test is u s ing  data from th e netwo rk weights  training result variation of learni ng rate.  Input fr om these te sts are 30 image s wi th a size of 2 0  x  20 pixels co mposed of 2 types of 15 image s of  human hea ds were not we ari ng helmet s  and 15   image s of m an we arin g a  helmet as  shown in Tabl e 1. The testi ng re sult s pe rforma nce of the  backp rop agat ion n eural n e t work al go rith m whi c h   u s in the data of  network wei ghts with ea ch   admini s tratio n of learnin g  rate values  are as sho w n in  Table 3.           Figure 4. Testing Interface  from Perfo r m ance  of Backprop agatio n Neu r al Netwo r k Algo rithm       Table 3. Te sting Performan c e Results of Neu r al  Netwo r k Algo rithm  with a Variati on of Learnin g   Rate ( α ) Valu e on Trai ning   No  Learning Rat e  ( α )  Accur a cy   Rate  1 0.1  83.33  %   2 0.2  86.67  %   3 0.3  86.67  %   4 0.4  83.33  %   5 0.5  83.33  %   6 0.6  86.67  %   7 0.7  83.33  %   8 0.8  80.00  %   9 0.9  83.33  %       From T able  2  sho w s that t he be st a c curacy is   obtain ed on th e results of trai nin g  with a   learni ng  rate  value  of 0. 2, 0.3, an 0.6 in  th e a m ount of  86. 67%.  Whe r ea s the  meth o d  of  Suppo rt Vect or M a chine s   (SVM) was  used for the  sa me case  with  the ave r ag accuracy  rate  is  85% [7]. This accu ra cy level can b e  improv ed b y  incre a sin g  the numbe r of training  data  becau se the  performan ce of backp ro pagatio n neu ral net work  algorith m  is  affected by the   amount of dat a variation th at has be en trained.       4. Conclu sion   From th e research th at h a s b een  don e,  it can  be  con c lu ded th at the u s e o f  imag e   pro c e ssi ng a nd ba ckpropa gation ne ural  netwo rk  te ch nique  to cla s sify  human h ead who  a r e not  wea r ing  a  he lmet an we aring  a  helm e t provide s   t he  g r e a test a c cura cy rate  of  86.67%.  T h is  accuracy lev e l is a c hieve d  with a lea r ning  rate v a lue of 0.2,  0.3 and 0.6  durin g network  training.  In g r anting th e variation s  of  learni n g  ra te value during trainin g   not affect the  perfo rman ce  of this neural netwo rk al go rithm.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Cla ssifi cation  of Motorcycli s ts not Wea r  Helm et on Di gital Im age With… (Sutikn o )   1133 Referen ces   [1]  W o rld He alth  Organiz a tion.  Globa l Status Rep o rt on Ro a d  Safet y   2 0 1 5 . W o rld Hea l th Organiz a tio n   (W HO). 2016.  [2]  Statistics Indon esia. La nd T r ansportati on  Sta t istics 2014. Statistics Indon e s ia. 201 5.  [3] Yudh o y o no  S B .   Regu lati on  of the re pu blic  of in don e s ia N o  2/2 0 0 9  ab out traffi c and  roa d   transportati on. Jakarta.  200 9.   [4] Coll ins on  PA.   T he ap plic ati on of ca mera  base d  traffic mo nitori ng s ystems.  CCT V and  Roa d   Surveil l a n ce, IEE Seminar o n .   Londo n. 200 9: 81-86.    [5]  Parky n s DJ,  Bozzo M.  C C T V Ca mera  S hari ng for  Imp r oved  T r affic Monitori ng.  Ro ad  T r anspor t   Information  a nd C ontrol- R T IC 2008  an d IT S United King dom M e mbers'  Co nf erenc e, IET .   Manch e ster. 2008: 1-6.   [6] Shi  H.  Desi gn  of a Distribut ed T r affic Mon i torin g   System and Al gorith m  Bas ed o n   W eb-Ca mer a .   Information Pr ocessi ng (ISIP), 2008 Intern ati ona l S y m posi u ms on. Mosco w .  2 008: 7 58-7 61.   [7]  Chivert on J. H e lmet pr esenc e class i ficatio n   w i t h  motorc yc le d e tectio n a nd tracki ng . IE T Intellig en t   T r ansport Systems . 2 012; 6( 3 ) : 259-26 9.  [8]  Azizi A, A b b a s pour-Gil an de h Y, N oos h y a r  M, Afka ri-Sa y a h  A. I dentif yi ng  Potato  V a rieti e s Us in g   Machi ne Visi o n  and Artifici al  Neur al Net w o r ks.  Internation a l Jour nal of F ood Pro perti es 2016; 19( 3):  618- 635.   [9]  Cheng GJ, Ma  W, Wei X S Rong  CL, Nan JX. Resear ch   o f  ro ck tex t u r e i den ti fi ca ti on  ba sed  on  i m a ge  process i ng  an d ne ural  net w o rk.  Xi' an S h iy ou D a xu e Xu e bao (Z ir an K e xue Ba n)/Jour nal  of Xi' a n   Shiyo u  Univ ers i ty, Natural Sci ences Ed itio n . 201 3; 28(5): 10 5-11 0.  [10]  Rajini GK, Reddy  GR.  P e rfo r ma nce  eva l ua tion  of ne ural   netw o rks for s hap e i d e n tifica tion i n   imag e   process i ng.  Int e rnati ona l Co n f erence  on Si gna Acqu isitio n an d Proces sing (ICSAP ) .  Bang alor e.   201 0: 225- 258.   [11]  Che n  H,  Xi ong  L, Hu  X, W a n g  Q, W u  M. I dentificati on m e thod for mo ld y pea nut ker nel s base d  o n   neur al n e t w ork  and  imag e pr ocessi ng.  N ong ye  Go ng che n g  Xu eb ao /Tra n s a c ti on s o f  th e  Ch i nese  Society of Agri cultura l  Engi ne erin g. 200 7 ; 23 (4): 158-1 61.   [12]  W ang Z ,  Cong P, Z hou J, Z hu Z .  Method for ide n tifi catio n  of  extern al q ual ity of  w h e a t grai n base d  o n   imag e pr ocess i ng  an d artific i al n eur al  net w o rk.  Non g ye  Gongch e n g  X ueb ao/T r ans ac tions of th e   Chin ese Soc i et y of Agricultura l  Engi neer in g . 200 7; 23(1): 15 8-16 1.  [13]  Yasir R, R a h m an MA, Ahm ed N.  D e r m at olo g ica l  dis eas e detecti on  us ing  imag e pr o c essin g  an d   artificial  n eura l  netw o rk.  8th  Internati o n a Confer ence  o n  El ectrical   a nd Comp uter Engi neer in g :   Advanc ing T e chno log y  for a  Better  T o morro w ,  ICECE. P an Pacific So n a rga o n  Dhak a .  2014: 687- 690.   [14]  Ghali b  MR, B h atnag ar S, Ja y apo oran i S, P a nde  U. Artifici a l  ne ura l  n e t w or k bas ed  detect i on  of re nal   tumors usin g C T  scan image  process i ng.  Int e rnati ona l Jour nal of En gin eer ing a nd T e ch n o lo gy . 201 4;   6(1): 28-3 5 [15]  Hartati S,  Har j oko  A, Su par di T W T he  Digita l  M i cros cope  a nd Its  Image  Proc e ssing  Util it y .   T E LKOMNIKA T e leco mmunic a tion C o mputi n g Electron ics a nd Co ntrol.  20 11; 9(3):  565- 574.   [16]  Perman a  T P , Abdur ohma n  M, Khairud i n  M, Lu tfi M.  Automated  Na vigati on S y ste m  base d  o n   W eapo n-T a rget Assignment.  T E LKOMNIKA  T e leco mmunic a tion C o mputi n g Electron ics a nd Co ntrol 201 1; 9(3): 445 -452.   [17]  Aldas ouq i I, HassanM. Smar t Human F a ce  Detectio n S y s t em.  Internatio nal Jo urn a l of  Co mp uters 201 1; 5(2): 201 0-20 17.   [18] Dahab  DA,  Ghoniem y   SSA,  Selim  GM. Automated Brain  T u mor  Detection  and Identification Usi ng  Image Proces sing a nd Prob abil i stic Ne ural  Net w o r k T e chni ques.  Inter natio nal Jo urn a l of Ima g e   Processi ng an d Visua l  Co mmunic a tion . 2 012 ; 1(2): 1-8.        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.