T E L K O M N I K A ,   V o l . 1 0 ,   N o . 3 ,   S e p t e m b e r   2 0 1 2 ,   p p .   5 3 1 ~ 5 3 6   I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   a c c r e d i t e d   b y   D G H E   ( D I K T I ) ,   D e c r e e   N o :   5 1 / D i k t i / K e p / 2 0 1 0             5 3 1       R e c e i v e d   N o v e m b e r   2 1 ,   2 0 1 1 ;   R e v i s e d   A p r i l   2 9 ,   2 0 1 2 ;   A c c e p t e d   M a y   1 0 ,   2 0 1 2   O p t i c   N e r v e   H e a d   S e g m e n t a t i o n   U s i n g   H o u g h   T r a n s f o r m   a n d   A c t i v e   C o n t o u r s       H a n d a y a n i   T j a n d r a s a * ,   A r i   W i j a y a n t i ,   N a n i k   S u c i a t i   Se p u l u h   N o p e m b e r   I n s t i t u t e   o f   T e c h n o l o g y   ( I T S)   I T C a m p u s ,   Su k o l i l o ,   Su r a b a y a ,   I n d o n e s i a   T e l p / f a x . :   + 6 2 3 1 - 5 9 3 9 2 1 4 / + 6 2 3 1 - 5 9 1 3 8 0 4   e - m a i l :   h a n d a t j @ i t s . a c . i d *       A b s t r a k   O p t i c   n e r v e   h e a d   m e r u p a k a n   b a g i a n   r e t i n a   t e m p a t   s e l   g a n g l i o n   a x o n   k e l u a r   d a r i   m a t a   u n t u k   m e m b e n t u k   o p t i c   n e r v e .   H i l a n g n y a   f i b e r   s a r a f   a k i b a t   g l a u c o m a   m e n u r u n k a n   u k u r a n   o p t i c   d i s k   d a n   m e l e b a r k a n   u k u r a n   c u p .   Ka r e n a n y a   e v a l u a s i   o p t i c   n e r v e   h e a d   a d a l a h   p e n t i n g   u n t u k   d i a g n o s i s   d i n i   g l a u c o m a .   St u d i   i n i   m e n g i m p l e m e n t a s i k a n   d e t e k s i   o p t i c   n e r v e   h e a d   p a d a   c i t r a   f u n d u s   r e t i n a   b e r d a s a r k a n   H o u g h   T r a n s f o r m   d a n   Ac t i v e   C o n t o u r   M o d e l .   Pr o s e s   d i m u l a i   d e n g a n   p e r b a i k a n   c i t r a   m e n g g u n a k a n   f i l t e r     h o m o m o r p h i c   u n t u k   k o r e k s i   i l u m i n a s i ,   k e m u d i a n   d i l a n j u t k a n   d e n g a n   p e n g h a p u s a n   p e m b u l u h   d a r a h   u n t u k   m e m f a s i l i t a s i   p r o s e s   s e g m e n t a s i   b e r i k u t n y a .   H a s i l   l i n g k a r a n   t r a n s f o r m a s i   H o u g h   m e n j a d i   l e v e l   s e t   a w a l   u n t u k   a c t i v e   c o n t o u r   m o d e l .   H a s i l   u j i   c o b a   m e n u n j u k k a n   b a h w a   a l g o r i t m a   s e g m e n t a s i   m a m p u   m e n d e t e k s i   o p t i c   n e r v e   h e a d   d e n g a n   a k u r a s i   r a t a - r a t a   s e b e s a r   7 5 . 5 6 %   d e n g a n   m e n g g u n a k a n   3 0   c i t r a   r e t i n a   d a r i   D R I VE  d a t a b a s e .         K a t a   k u n c i :   a c t i v e   c o n t o u r s ,   c i t r a   f u n d u s   r e t i n a ,   o p t i c   n e r v e   h e a d ,   t r a n s f o r m a s i   H o u g h       A b s t r a c t     O p t i c   n e r v e   h e a d   i s   p a r t   o f   t h e   r e t i n a   w h e r e   g a n g l i o n   c e l l   a x o n s   e x i t   t h e   e y e   t o   f o r m   t h e   o p t i c   n e r v e .   G l a u c o m a t o u s   c h a n g e s   r e l a t e d   t o   l o s s   o f   t h e   n e r v e   f i b e r s   d e c r e a s e   t h e   n e u r o r e t i n a l   r i m   a n d   e x p a n d   t h e   a r e a   a n d   v o l u m e   o f   t h e   c u p .   T h e r e f o r e   o p t i c   n e r v e   h e a d   e v a l u a t i o n   i s   i m p o r t a n t   f o r   e a r l y   d i a g n o s i s   o f   g l a u c o m a .   T h i s   s t u d y   i m p l e m e n t s   t h e   d e t e c t i o n   o f   t h e   o p t i c   n e r v e   h e a d   i n   r e t i n a l   f u n d u s   i m a g e s   b a s e d   o n   t h e   H o u g h   T r a n s f o r m   a n d   A c t i v e   C o n t o u r   M o d e l s .   T h e   p r o c e s s   s t a r t s   w i t h   t h e   i m a g e   e n h a n c e m e n t   u s i n g   h o m o m o r p h i c   f i l t e r i n g   f o r   i l l u m i n a t i o n   c o r r e c t i o n ,   t h e n   p r o c e e d s   w i t h   t h e   r e m o v a l   o f   b l o o d   v e s s e l s   o n   t h e   i m a g e   t o   f a c i l i t a t e   t h e   s u b s e q u e n t   s e g m e n t a t i o n   p r o c e s s .   T h e   r e s u l t   o f   t h e   H o u g h   T r a n s f o r m   f i t t i n g   c i r c l e   b e c o m e s   t h e   i n i t i a l   l e v e l   s e t   f o r   t h e   a c t i v e   c o n t o u r   m o d e l .   T h e   e x p e r i m e n t a l   r e s u l t s   s h o w   t h a t   t h e   i m p l e m e n t e d   s e g m e n t a t i o n   a l g o r i t h m s   a r e   c a p a b l e   o f   s e g m e n t i n g   o p t i c   n e r v e   h e a d   w i t h   t h e   a v e r a g e   a c c u r a c y   o f   7 5 . 5 6 %   u s i n g   3 0   r e t i n a l   i m a g e s   f r o m   t h e   D R I VE  d a t a b a s e .     K e y w o r d s :   a c t i v e   c o n t o u r s ,   H o u g h   t r a n s f o r m ,   o p t i c   n e r v e   h e a d ,   r e t i n a l   f u n d u s   i m a g e       1 .     I n t r o d u c t i o n     G l a u c o m a   i s   t h e   s e c o n d   m o s t   c o m m o n   c a u s e   o f   b l i n d n e s s   o n   w o r l d w i d e .   I n   d e v e l o p e d   c o u n t r i e s ,   l e s s   t h a n   5 0 %   p e r s o n s   w i t h   g l a u c o m a   a r e   a w a r e   o f   t h e i r   d i s e a s e   [ 1 ] .   E a r l y   d i a g n o s i s   o f   g l a u c o m a   i s   i m p o r t a n t   a s   e a r l y   t r e a t m e n t   c a n   r e d u c e   t h e   r a t e   o f   b l i n d n e s s   2 0   y e a r s   l a t e r   b y   a b o u t   5 0 %   [ 2 ] .   G l a u c o m a   i s   c h a r a c t e r i z e d   b y   a   p r o g r e s s i v e   d a m a g e   t o   t h e   o p t i c   n e r v e .   I f   i t   i s   n o t   d i a g n o s e d   a n d   t r e a t e d ,   i t   c a n   l e a d   t o   v i s i o n   l o s s   a n d   b l i n d n e s s .   D a m a g e   o f   t h e   o p t i c   n e r v e   i s   u s u a l l y   a s s o c i a t e d   w i t h   t h e   e l e v a t e d   e y e   p r e s s u r e .   G l a u c o m a t o u s   c h a n g e s   r e l a t e d   t o   t h e   l o s s   o f   t h e   n e r v e   f i b e r s   d e c r e a s e   t h e   n e u r o r e t i n a l   r i m   a n d   e x p a n d   t h e   a r e a   a n d   v o l u m e   o f   t h e   c u p .   T h e   m e a s u r e m e n t   o f   o p t i c   d i s k   m o r p h o l o g i c a l   p a r a m e t e r s   i s   i m p o r t a n t   f o r   e a r l y   d i a g n o s i s   o f   g l a u c o m a   s i n c e   t h e   m o r p h o l o g i c a l   c h a n g e s   p r e c e d e   v i s u a l   f i e l d   d e f e c t s .   D i s k   s i z e   e v a l u a t i o n   i s   a n   i m p o r t a n t   p a r t   o f   o p t i c   d i s k   a s s e s s m e n t   t o   d i a g n o s e   g l a u c o m a ,   i n   a d d i t i o n   t o   f e a t u r e s   s u c h   a s   n e u r o r e t i n a l   r i m   a n d   c u p   a r e a .   B u t   i t   s h o u l d   b e   c o n s i d e r e d   t h a t   t h e   p a t i e n t   c h a r a c t e r i s t i c s   a n d   t h e   m e a s u r e m e n t   m e t h o d   m a y   a f f e c t   t h e   d i s k   s i z e   e s t i m a t e s   [ 3 ] .   T h e r e   a r e   s o m e   r e s e a r c h e s   d o n e   o n   a u t o m a t e d   s e g m e n t a t i o n   o f   t h e   o p t i c   n e r v e   h e a d .   C h r á s t e k   e t   a l .   [ 4 ]   d e v e l o p e d   t h e   a l g o r i t h m   f o r   t h e   s e g m e n t a t i o n   o f   t h e   o p t i c   n e r v e   h e a d   i n   s c a n n i n g - l a s e r - t o m o g r a p h y   i m a g e s .   B o c k   e t   a l .   [ 5 ]   p r o p o s e d   a n   a u t o m a t e d   p r o c e s s i n g   p r o c e d u r e   f o r   g l a u c o m a   r i s k   c a l c u l a t i o n   w h i c h   c o n s i s t s   o f   t h r e e   s t e p s   i . e .   p r e p r o c e s s i n g ,   f e a t u r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                              I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0     T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   3 ,     S e p t e m b e r   2 0 1 2   :     5 3 1     5 3 6   5 3 2 e x t r a c t i o n ,   a n d   c l a s s i f i c a t i o n .     S e g m e n t a t i o n   o f   t h e   o p t i c   d i s k   w a s   a l s o   d e v e l o p e d   u s i n g   a   m o r p h o l o g i c a l   a p p r o a c h   [ 6 ] .   P a t t o n   e t   a l .   [ 7 ]   o u t l i n e d   v a r i o u s   m e t h o d s   f o r   r e t i n a l   d i g i t a l   i m a g e   a n a l y s i s .   T h e   w o r k   o f   W i n d e r   e t   a l .   [ 8 ]   e x a m i n e d   l i t e r a t u r e   o n   d i g i t a l   i m a g e   p r o c e s s i n g   i n   t h e   f i e l d   o f   d i a b e t i c   r e t i n o p a t h y   t o   p r o v i d e   g u i d a n c e   t o   a l g o r i t h m   d e s i g n e r s   f o r   d i a b e t i c   r e t i n o p a t h y .   N i e m e i j e r   e t   a l . [ 9 ]   d e v e l o p e d     f a s t   m e t h o d   t o   d e t e c t   t h e   f o v e a   a n d   t h e   o p t i c   d i s c   b y   m a k i n g   f e w   a s s u m p t i o n s   a b o u t   t h e   l o c a t i o n .   W e l f e r   e t   a l .   e m p l o y e d   d e t e c t i o n   o f   t h e   o p t i c   d i s k   l o c a t i o n   t o   i d e n t i f y   t h e   o p t i c   d i s k   b o u n d a r y   u s i n g   t h e   W a t e r s h e d   T r a n s f o r m   [ 1 0 ] .   T h i s   s t u d y   d e v e l o p s   a   s y s t e m   t o   d e t e c t   t h e   o p t i c   d i s k   i n   r e t i n a l   f u n d u s   i m a g e s   w h i c h   c o n s i s t s   o f   i m a g e   e n h a n c e m e n t   a n d   v e s s e l   r e m o v a l   f i l t e r i n g   f o r   s e g m e n t a t i o n   p r e p r o c e s s i n g ;   H o u g h   t r a n s f o r m   a n d   A c t i v e   C o n t o u r   M o d e l s   f o r   o p t i c   d i s k   s e g m e n t a t i o n .   I n   o u r   s y s t e m ,   e a c h   s t e p   c a n   b e   r e a d i l y   f o l l o w e d   a n d   i m p l e m e n t e d ,   s u c h   t h e   d e v e l o p e d   s o f t w a r e   c a n   b e   u t i l i z e d   f o r   d e t e c t i n g   o t h e r   r e t i n a l   f e a t u r e s   s u c h   a s   f o v e a   a n d   m a c u l a   t o   g i v e   a n   i n t e g r a t e d   s y s t e m   f o r   d e t e c t i n g   o t h e r   r e t i n o p a t h o l o g i e s   i n c l u d i n g   d i a b e t i c   r e t i n o p a h y ,   h y p e r t e n s i o n ,   a n d   a g e - r e l a t e d   m a c u l a r   d e g e n e r a t i o n .       2 .     R e s e a r c h   M e t h o d     T h e   o p t i c   d i s k   s e g m e n t a t i o n   i s   p r e c e d e d   b y   c o n v e r t i n g   a   c o l o r   r e t i n a l   f u n d u s   i m a g e   i n t o   a   g r a y s c a l e   i m a g e ,   e n h a n c i n g   t h e   i m a g e ,   a n d   r e m o v i n g   i t s   b l o o d   v e s s e l s   a n d   t h e   o b j e c t s   w h i c h   a r e   d a r k e r   t h a n   i t s   b a c k g r o u n d   a n d   t h e   o p t i c   d i s k .   T h e   s e g m e n t a t i o n   p r o c e s s   i s   d i v i d e d   i n   t w o   s t a g e s .   T h e   f i r s t   s t a g e   i s   a   c o a r s e   s e g m e n t a t i o n   o f   o p t i c   n e r v e   h e a d .   I n   t h i s   s t a g e ,   t h e   l o c a t i o n   o f   t h e   c i r c l e   o p t i c   n e r v e   h e a d   i s   d e t e c t e d   u s i n g   H o u g h   t r a n s f o r m .   T h e   n e x t   s t a g e   i s   t o   c o n d u c t   t h e   p r o c e s s   o f   a c t i v e   c o n t o u r   m o d e l   t o   o b t a i n   t h e   f o r m   o f   o p t i c   n e r v e   h e a d   t h a t   c o m e s   c l o s e r   t o   i t s   o r i g i n a l   f o r m .   T h e   d i a g r a m   f o r   p r e p r o c e s s i n g   a n d   s e g m e n t a t i o n   p r o c e s s   i s   s h o w n   i n   F i g u r e 1 .                         I n p u t                                 o p t i c   d i s k             I m a g e                                     c o n t o u r                                                                                                                                                                                                                                               F i g u r e   1 .   D i a g r a m   o f   t h e   s e g m e n t a t i o n   p r o c e s s       2 . 1 .   I m a g e   E n h a n c e m e n t   T h e   e a r l i e s t   s t a g e   i n   t h i s   i m p l e m e n t a t i o n   i s   i m a g e   p r e p r o c e s s i n g .   T h i s   p r o c e s s   i s   d o n e   t o   c o m p e n s a t e   t h e   e f f e c t s   o f   n o n - u n i f o r m   i l l u m i n a t i o n   o n   a n   i m a g e .   T h e   i m a g e   u s e d   i s   a   c o l o r   r e t i n a l   f u n d u s   i m a g e   o f   D R I V E   d a t a b a s e   [ 1 1 ]   t h a t   h a s   b e e n   c r o p p e d   t o   s i z e   1 8 5   x   1 7 2   p i x e l s .   H o m o m o r p h i c   f i l t e r i n g   m e t h o d   i s   u s e d   t o   s u p p r e s s   t h e   e f f e c t s   o f   u n e v e n   i l l u m i n a t i o n   w h i l e   k e e p i n g   t h e   i n t e n s i t y   d i s c r e p a n c i e s   a m o n g   a l l   t h e   c o m p o n e n t s   i n   t h e   i m a g e .   H o m o m o r p h i c   f i l t e r i n g   m e t h o d   h a s   t h e   f o l l o w i n g   s t a g e s   [ 1 2 ] :   a .   A p p l y   a   G a u s s i a n   l o w - p a s s   f i l t e r   G ( u , v )   o n   t h e     F o u r i e r   d o m a i n   o f   t h e   l o g a r i t h m i c   o f     I ( x , y ) ,   i . e .     I ( u , v ) ,   t o   g e t   t h e   f i l t e r e d   i m a g e   I ( u , v ) .         I ( u , v)   =   F( l n ( I ( x , y) ) )   =   F( l n ( i ( x , y) ) )   +   F ( l n ( r ( x , y) ) )       ( 1 )       I ( u , v)   =   G ( u , v)   .   I ( u , v)                           ( 2 )                                 , =     (   )/                             ( 3 )     I n v e r t - t r a n s f o r m   I '   i n t o   s p a t i a l   d o m a i n   a n d   t a k e   a n t i l o g a r i t h m     t o   o b t a i n   a   f i l t e r e d   h o m o m o r p h i c   i m a g e .       I ( x , y )   =   l n   -1 F   -1 ( I ( u , v) )                           ( 4 )     b .   P e r f o r m   d i l a t i o n   D   t o   g e t   b a c k   t h e   f i l t e r e d   e d g e .   R e m o v e   t h e   e f f e c t   o f   i l l u m i n a t i o n   f r o m   t h e   o r i g i n a l   i m a g e   b y   d i v i d i n g   i t   w i t h   d i l a t e d   h o m o m o r p h i c   v i e w   o f   t h e   i l l u m i n a t i o n   o f   t h e   o r i g i n a l   I m a g e   e n h a n c e m e n t   V e s s e l   r e m o v a l   O p t i c   d i s k   S e g m e n t a t i o n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0       O p t i c   N e r v e   H e a d   S e g m e n t a t i o n   U s i n g   H o u g h   T r a n s f o r m   a n d   . .   ( H a n d a y a n i   T j a n d r a s a )   5 3 3   i m a g e .   T h i s   p r o c e s s   p r o d u c e s   a   h o m o m o r p h i c   f i l t e r e d   i m a g e   I * ,   w h i c h   a p p e a r s   t o   h a v e   u n i f o r m l y   d i s t r i b u t e d   i l l u m i n a t i o n .                               , =   ( , ) ( ( , )) =   , . ( , )                                   ( 5 )     ( , )   a n d   ( , )   r e p r e s e n t   i l l u m i n a t i o n   a n d   r e f l e c t a n c e   c o r r e s p o n d i n g l y .   T h e   r e s u l t   o f   t h i s   p r o c e s s   i s   a   g r a y s c a l e   i m a g e   w i t h   u n i f o r m   i l l u m i n a t i o n   e f f e c t   w h i c h   f a c i l i t a t e s   t h e   n e x t   p r o c e s s   f o r   t h e   r e m o v a l   o f   b l o o d   v e s s e l s   a n d   n e r v e   f i b e r s   i n   t h e   i m a g e .       2 . 2 .   B l o o d   V e s s e l   R e m o v a l   P r o c e s s     A f t e r   t h e   p r e p r o c e s s i n g   s t e p   t h a t   p r o d u c e s   a n   i m a g e   w i t h   u n i f o r m   i l l u m i n a t i o n ,   t h e   n e x t   s t e p   i s   t o   r e m o v e   t h e   b l o o d   v e s s e l s   a n d   n e r v e   f i b e r s   i n   t h e   i m a g e ,   b e c a u s e   t h e s e   o b j e c t s   a r e   n o t   r e q u i r e d   i n   t h e   s e g m e n t a t i o n   p r o c e s s .   B l o o d   v e s s e l s   a n d   n e r v e   f i b e r s   a r e   d e t e c t e d   f r o m   t h e   l o w   p i x e l   v a l u e s   i n   t h e   i m a g e   b y   t h r e s h o l d i n g .   T h e   t h r e s h o l d   i s   s e l e c t e d   a s   5 0   p l u s   t h e   m i n i m u m   i n t e g e r   v a l u e   o f   t h e   i m a g e   g r a y   l e v e l .     N e x t ,   t h e   m e d i a n   f i l t e r   o f   t h e   s i z e   4 1   x   4 1   i s   a p p l i e d   o n   t h e   d e t e c t e d   p i x e l s   t o   b l u r   t h e   b l o o d   v e s s e l s   a n d   n e r v e   f i b e r s .     2 . 3 .   H o u g h   T r a n s f o r m   f o r   C i r c l e   D e t e c t i o n   C i r c l e   H o u g h   t r a n s f o r m   c a n   b e   d e s c r i b e d   a s   t r a n s f o r m a t i o n   f r o m   e v e r y   p o i n t   o n   a   c i r c l e   i n   t h e   x y   s p a c e   [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ] :                                                                               =   ( ) +   ( )                                                           ( 6 )     O r   i n   t h e   p a r a m e t r i c   e q u a t i o n s :         = + ( )     = +  ( )                                                         ( 7 )                                                                                 I n t o   t h e   p a r a m e t e r   s p a c e :       a   =   x 1     R c o s θ     =   y 1     R s i n θ                                                     ( 8 )     f o r   a   p a r t i c u l a r   p o i n t   ( x 1 ,   y 1 ) ,   a n d   θ   s w e e p s   f r o m   0   t o   3 6 0   d e g r e e s .     T h e   t a s k   o f   t h e   H o u g h   t r a n s f o r m   i s   t o   d e t e c t   o n e   c i r c l e   i n   t h e   i m a g e   t h a t   n e a r l y   m a t c h e s   t h e   l o c a t i o n   o f   t h e   o p t i c   n e r v e   h e a d .   F o r   u n k n o w n   R ,   t h e   p r o b l e m   i n   p a r a m e t e r   s p a c e   n e e d s   a   3 D   s o l u t i o n .   I f   t h e   r a d i u s   R   i s   k n o w n ,   t h e n   t h e   s e a r c h   c a n   b e   r e d u c e d   t o   2 D .   T h e r e f o r e ,   i f   t h e   r a d i u s   R   i s   n o t   k n o w n ,   t h e   e a s i e r   s o l u t i o n   i s   t o   g u e s s   b y   m a k i n g   t h e   a s s u m p t i o n   o f   R   v a l u e .   T h e   t e c h n i q u e   i s   t o   t r a c k   e v e r y   p o i n t   o n   t h e   i m a g e   e d g e s   i n   t h e   x y   s p a c e   a n d   c o n v e r t   t o   a   c i r c l e   w i t h   a   p r e d e t e r m i n e d   r a d i u s   i n   t h e   p a r a m e t e r   s p a c e .   T h e   p a r a m e t e r   s p a c e   a l s o   f u n c t i o n s   a s   a   2 D   a c c u m u l a t o r   m a t r i x   t h a t   c o u n t   t h e   n u m b e r   o f   c i r c l e s   p a s s i n g   t h r o u g h   e v e r y   m a t r i x   e n t r y   p o s i t i o n .   T h e   h i g h e s t   c o u n t i n g   r a t e   r e p r e s e n t s   t h e   o p t i c   d i s k   c e n t e r   i n   t h e   r e t i n a l   i m a g e .     2 . 4 .   A c t i v e   C o n t o u r   M o d e l s   A f t e r   t h e   p r o c e s s   o f   f i t t i n g   a   c i r c l e   o n   t h e   o p t i c   n e r v e   h e a d   p o s i t i o n ,   t h e n   t h e   s e g m e n t a t i o n   p r o c e s s   i s   c o n d u c t e d   f u r t h e r   t o   o b t a i n   t h e   f o r m   o f   o p t i c   n e r v e   h e a d   t h a t   c o m e s   c l o s e r   t o   i t s   o r i g i n a l   f o r m   u s i n g   a n   a c t i v e   c o n t o u r   m o d e l .   T h e   b a s i c   i d e a   o f   i m a g e   s e g m e n t a t i o n   u s i n g   a c t i v e   c o n t o u r s   i s   t o     i n t r o d u c e   a n   i n i t i a l   c o n t o u r   i n t o   t h e   i m a g e ,   a n d   l e t   i t   e v o l v e   w h i l e   s u b j e c t   t o   i m a g e   a n d   c o n t o u r   c o n s t r a i n t s   u n t i l   i t   r e a c h e s   t h e   b o u n d a r y   o f   t h e   o b j e c t   [ 1 5 ] .   T h e   c i r c l e   f i t t i n g   f r o m   t h e   H o u g h   t r a n s f o r m   i s   u s e d   t o   i n i t i a l i z e   t h e   a c t i v e   c o n t o u r   m o d e l .   T h e   a c t i v e   c o n t o u r   m o d e l   i s   i m p l e m e n t e d   w i t h   a   s p e c i a l   p r o c e s s i n g   n a m e d   S e l e c t i v e   B i n a r y   a n d   G a u s s i a n   F i l t e r i n g   R e g u l a r i z e d   L e v e l   S e t   ( S B G F R L S )   m e t h o d   [ 1 6 ] ,   w h i c h   f i r s t   s e l e c t i v e l y   p e n a l i z e s   t h e   l e v e l   s e t   f u n c t i o n   t o   b e   b i n a r y ,   a n d   t h e n   u s e s   a   G a u s s i a n   s m o o t h i n g   k e r n e l   t o   r e g u l a r i z e   i t .   I n   t h i s   m e t h o d ,   s t a t i s t i c a l   i n f o r m a t i o n   i n s i d e   a n d   o u t s i d e   c o n t o u r s     i s   u s e d   t o   f o r m   a   f u n c t i o n   S i g n e d   P r e s s u r e   F o r c e   ( S P F ) ,   w h i c h   i s   a b l e   t o   c o n t r o l   t h e   d i r e c t i o n   o f   e v o l u t i o n   o f   t h e   c o n t o u r s   a n d   c a n   e f f i c i e n t l y   s t o p   t h e   c o n t o u r s   a t   w e a k   o r   b l u r r e d   e d g e s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                              I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0     T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   3 ,     S e p t e m b e r   2 0 1 2   :     5 3 1     5 3 6   5 3 4 T h e   S P F   f u n c t i o n   h a s   v a l u e s   i n   t h e   r a n g e   [ - 1 ,   1 ]   w h i c h   m o d u l a t e s   t h e   s i g n s   s u c h   t h a t   t h e   c o n t o u r   s h r i n k s   w h e n   o u t s i d e   t h e   o b j e c t ,   o r   e x p a n d s   w h e n   i n s i d e   t h e   o b j e c t .   T h e   S P F   f u n c t i o n   i s   f o r m u l a t e d   a s   f o l l o w s :                                 W Î + - + - = x c c x I c c x I x I s p f , | 2 ) ( | m a x 2 ) ( ) ) ( ( 2 1 2 1                                         ( 9 )     w h e r e       i s   t h e   i m a g e   d o m a i n ,   I ( x )     i s   t h e   i m a g e     i n p u t ,     c 1   a n d   c 2   a r e   t h e   a v e r a g e   i n t e n s i t i e s   i n s i d e   a n d   o u t s i d e   t h e   c o n t o u r .   T h e   l e v e l   s e t   f o r m u l a t i o n   c a n   b e   w r i t t e n   a s   f o l l o w s :     W Î Ñ = x x I s p f t | , | ) ) . ( ( f a f                                       ( 1 0 )     w h e r e   α   i s   t h e   c o n s t a n t   t e r m   c a l l e d   t h e   b a l l o o n   f o r c e .   T h e   v a l u e   o f   α   c o n t r o l s   t h e   c o n t o u r   s h r i n k i n g   o r   e x p a n d i n g .     2 . 5 .   A c c u r a c y   M e a s u r e     T h e   r e g i o n - b a s e d   s e g m e n t a t i o n   a c c u r a c y   c a n   b e   c a l c u l a t e d   u s i n g   t h e   f o l l o w i n g   e q u a t i o n :                               ; =   | | | |   × 1 0 0 %                                                                                           ( 1 1 )     B   i s   t h e   d e t e c t e d   f o r e g r o u n d   r e g i o n   i n   i m a g e   s e g m e n t a t i o n   r e s u l t   a n d   A   i s   t h e   g r o u n d   t r u t h   f o r e g r o u n d   r e g i o n .   | |   c a l c u l a t e s   h o w   m u c h   t h e   g r o u n d   t r u t h   r e g i o n   i s   c o i n c i d e n t   w i t h   t h e   s e g m e n t e d   i m a g e .   | |   c a l c u l a t e s   t h e   t o t a l   f o r e g r o u n d   a r e a   t h a t   e x i s t s   i n   b o t h   t h e   g r o u n d   t r u t h   i m a g e   a n d   t h e   i m a g e   s e g m e n t a t i o n   r e s u l t   [ 1 7 ] .         3 .     R e s u l t s   a n d   D i s c u s s i o n   T h e   s e g m e n t a t i o n   m e t h o d   w a s   t e s t e d   o n   t h e   D R I V E   d a t a b a s e   w h i c h   i s   a v a i l a b l e   o n   t h e   i n t e r n e t .   T h e   i m a g e s   a r e   c r o p p e d   t o   s i z e   1 8 5   x   1 7 2   p i x e l s .   B e f o r e   s e g m e n t a t i o n ,   t h e   i m a g e s   a r e   p r e p r o c e s s e d   t o   r e m o v e   t h e   b l o o d   v e s s e l s .   F i g .   2   s h o w s   a n   e x a m p l e   o f   t h e   r e m o v e d   v e s s e l s   i n   a n   i m a g e .   T h e   a c c u r a c y   o f   t h e   e x p e r i m e n t a l   r e s u l t s   a r e   c o m p a r e d   b y   u s i n g   t w o   s c e n a r i o s :   a .   C h o o s i n g   R   =   4 5   a n d   R   =   4 2   f o r   c i r c l e   H o u g h   t r a n s f o r m .   b .   C h o o s i n g   a c t i v e   c o n t o u r   p a r a m e t e r   α   =   1 0 ,   α   =   1 ,   a n d   α   =   0 . 1 .   T h e   r a d i u s   v a l u e s   s i g n i f i c a n t l y   a f f e c t   t h e   s e g m e n t a t i o n   r e s u l t s .   T h e   a c c u r a c y   r e s u l t   f o r   R   =   4 5   i s   8 0 . 1 8 %   a n d   f o r   R   =   4 2   i s   8 3 . 4 5 % ,   f o r   t h e   i m a g e   s h o w e d   i n   F i g . 3   a n d   F i g ,   4 .   T h e   v a l u e   o f   α   a f f e c t s   t h e   S P F   f u n c t i o n   o f   t h e   a c t i v e   c o n t o u r .   F o r   t h e   i m a g e   s h o w e d   i n   F i g u r e   5   a n d   F i g u r e   7 ,   t h e   a c c u r a c y   i s   8 2 . 3 5 %   f o r   α = 0 . 1 ,   8 5 . 9 9   %   f o r   α = 1 ,   a n d   8 6 . 7 3 %   f o r   α = 1 0 .   T h e   r e s u l t s   s h o w   t h a t   e x p a n d i n g   t h e   c o n t o u r   b y   i n c r e a s i n g   t h e   b a l l o o n   f o r c e   α ,   g i v e s   b e t t e r   a c c u r a c y .         ( a )                     ( b )                                   ( c )     F i g u r e   2 .   V e s s e l   r e m o v a l   r e s u l t :   ( a )   i n p u t   i m a g e ;   ( b )   a f t e r   H o m o m o r p h i c   f i l t e r i n g ,   ( c )   a f t e r   v e s s e l   r e m o v a l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0       O p t i c   N e r v e   H e a d   S e g m e n t a t i o n   U s i n g   H o u g h   T r a n s f o r m   a n d   . .   ( H a n d a y a n i   T j a n d r a s a )   5 3 5     ( a )                                                         ( b )                                                   ( c )     F i g u r e   3 .   S e g m e n t a t i o n   r e s u l t   f o r   R   =   4 5 :   ( a )   i n p u t   i m a g e ;   ( b )   c o n t o u r ;   ( c )   b i n a r y   m a s k       ( a )                                                         ( b )                                                       ( c )     F i g u r e   4 .   S e g m e n t a t i o n   r e s u l t   f o r   R   =   4 2 :   ( a )   i n p u t   i m a g e ;   ( b )   c o n t o u r ;   ( c )   b i n a r y   m a s k       ( a )                                                         ( b )                                                       ( c )     F i g u r e   5 .   S e g m e n t a t i o n   r e s u l t   f o r   α =   0 . 1 :   ( a )   i n p u t   i m a g e ;   ( b )   c o n t o u r ;   ( c )   b i n a r y   m a s k       ( a )                                                         ( b )                                                       ( c )     F i g u r e   6 .   S e g m e n t a t i o n   r e s u l t   f o r   α   =   1 :   ( a )   i n p u t   i m a g e ;   ( b )   c o n t o u r ;   ( c )   b i n a r y   m a s k       ( a )                                                         ( b )                                                       ( c )                                 F i g u r e   7 .   S e g m e n t a t i o n   r e s u l t   f o r   α   =   1 0 :   ( a )   i n p u t   i m a g e ;   ( b )   c o n t o u r ;   ( c )   b i n a r y   m a s k     4 .   C o n c l u s i o n   T h e   e x p e r i m e n t a l   r e s u l t s   a r e   a l s o   a f f e c t e d   v e r y   m u c h   b y   t h e   v e s s e l   r e m o v a l .   I f   t h e   v e s s e l   i s   n o t   c o m p l e t e l y   r e m o v e d ,   t h e n   t h e   c i r c l e   m a y   n o t   f i t   t h e   o p t i c   d i s k   w e l l .   T h e r e f o r e ,   t h e   a c c u r a c y   r e s u l t s   v a r y   d e p e n d i n g   o n   s e v e r a l   f a c t o r s .   U s i n g   3 0   r e t i n a l   i m a g e s   f r o m   t h e   D R I V E   d a t a b a s e ,   o u r   m e t h o d   o b t a i n e d   a n   a v e r a g e   a c c u r a c y   o f   7 5 . 5 6 % .   F u r t h e r   s t u d y   t o   i m p r o v e   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                              I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0     T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   3 ,     S e p t e m b e r   2 0 1 2   :     5 3 1     5 3 6   5 3 6 a l g o r i t h m   i n   e a c h   s t e p   s h o u l d   b e   d o n e   i n   o r d e r   t o   b e   a b l e   t o   s e g m e n t   t h e   c u p   a n d   a l s o   t o   c l a s s i f y   t h e   a b n o r m a l i t y   s u c h   t h a t   t h e   g l a u c o m a   d i a g n o s i s   c a n   b e   d o n e   a u t o m a t i c a l l y .       A c k n o w l e d g e m e n t   T h e   a u t h o r s   w o u l d   l i k e   t o   t h a n k   t h e   D R I V E   p r o j e c t   t e a m   f o r   m a k i n g     t h e i r   i m a g e   d a t a b a s e s   a v a i l a b l e   o n   t h e   I n t e r n e t .   T h i s   w o r k   w a s   s u p p o r t e d   i n   p a r t   b y     S e p u l u h   N o p e m b e r   I n s t i t u t e   o f   T e c h n o l o g y   ( I T S )   u n d e r   G r a n t   0 7 5 0 . 2 5 4 / I 2 . 7 / P M / 2 0 1 1 .       R e f e r e n c e s   [ 1 ]       Q u i g l e y   H   A.   N u m b e r   o f   Pe o p l e   W i t h   G l a u c o m a   W o r l d w i d e .   Br i t i s h   J o u r n a l   o f   O p h t h a l m o l o g y .   1 9 9 6 ;   8 0 :   3 8 9 - 3 9 3 .   [ 2   ]     M i c h e l s o n   G ,   W ä r n t g e s   S,   H o r n e g g e r   J ,   L a u s e n   B.   T h e   Pa p i l l a   a s   S c r e e n i n g   Pa r a m e t e r   f o r   Ea r l y   D i a g n o s i s   o f   G l a u c o m a .   D t s c h .   Ar z t e b l .   I n t .   2 0 0 8 ;   1 0 5 ( 3 4 3 5 ) :   5 8 3 5 8 9 .   [ 3 ]   H o f f m a n n   EM ,   Z a n g w i l l   L M ,   C r o w s t o n   J G ,   W e i n r e b   R N .   O p t i c   D i s k   Si z e   a n d   G l a u c o m a .   Su r v e y   o f   O p h t h a l m o l o g y .   2 0 0 7 ;   5 2 ( 1 ) :   3 2 - 4 9 .   [ 4 ]       C h r á s t e k   R ,   W o l f   M ,   D o n a t h   K ,   N i e m a n n   H ,   Pa u l   D ,   H o t h o r n   T ,   L a u s e n   B,   L a m m e r   R ,   M a r d i n   C ,   M i c h e l s o n   G .     Au t o m a t e d   Se g m e n t a t i o n   o f   t h e   O p t i c   N e r v e   H e a d   f o r   D i a g n o s i s   o f   G l a u c o m a .   M e d i c a l   I m a g e   An a l y s i s .   2 0 0 5 ;   9 ( 4 ) :   2 9 7 - 3 1 4 .   [ 5 ]   Bo c k   R ,   M e i e r   J ,   N y ú l   L G ,   H o r n e g g e r   J ,   M i c h e l s o n   G .   G l a u c o m a   R i s k   I n d e x :   Au t o m a t e d   G l a u c o m a   D e t e c t i o n   F r o m   C o l o r   F u n d u s .   M e d i c a l   I m a g e   An a l y s i s .   2 0 1 0 ;   1 4 ( 3 ) : 4 7 1 - 4 8 1 .   [ 6 ]   W e l f e r   D ,   Sc h a r c a n s k i   J ,   Ki t a m u r a   C M ,   Pi z z o l   M M D ,   L u d w i g   L W B ,   M a r i n h o   D R   Se g m e n t a t i o n   o f   t h e   O p t i c   D i s k   i n   C o l o r   Ey e   F u n d u s   I m a g e s   U s i n g   a n   Ad a p t i v e   M o r p h o l o g i c a l   Ap p r o a c h .   C o m p u t e r s   i n   Bi o l o g y   a n d   M e d i c i n e .   2 0 1 0 ;   4 0 ( 2 ) :   1 2 4 - 1 3 7 .   [ 7 ]   Pa t t o n   N ,   A s l a m   T M ,   M a c G i l l i v r a y   T ,   D e a r y   I J ,   D h i l l o n   B,   E i k e l b o o m   R H ,   Y o g e s a n   K,   C o n s t a b l e   I J .   R e t i n a l   I m a g e   An a l y s i s :   C o n c e p t s ,   Ap p l i c a t i o n s   a n d   Po t e n t i a l .   Pr o g r e s s   i n   R e t i n a l   a n d   Ey e   R e s e a r c h .   2 0 0 6 ;   2 5 ( 1 ) :   9 9 - 1 2 7 .     [ 8 ]     W i n d e r   R J ,   M o r r o w   PJ ,   M c R i t c h i e   I N ,   Ba i l i e   J R ,   H a r t   PM .   Al g o r i t h m s   f o r   D i g i t a l   I m a g e   Pr o c e s s i n g   i n   D i a b e t i c   R e t i n o p a t h y .   C o m p u t e r i z e d   M e d i c a l   I m a g i n g   a n d   G r a p h i c s .   2 0 0 9 ;   3 3 :   6 0 8 6 2 2 .   [ 9 ]     N i e m e i j e r   M ,   Ab r à m o f f   M D ,   G i n n e k e n   BV.   F a s t   D e t e c t i o n   o f   t h e   O p t i c   D i s c   a n d   F o v e a   i n   C o l o r   F u n d u s   Ph o t o g r a p h s .   M e d i c a l   I m a g e   An a l y s i s .   2 0 0 9 ;   1 3 :   8 5 9 8 7 0 .   [ 1 0 ]   W e l f e r   D ,   S c h a r c a n s k i   J ,   M a r i n h o   D R .   C o a r s e - t o - F i n e   St r a t e g y   f o r   A u t o m a t i c a l l y   D e t e c t i n g   E x u d a t e s   i n   C o l o r   Ey e   F u n d u s   I m a g e s .   C o m p u t e r i z e d   M e d i c a l   I m a g i n g   a n d   G r a p h i c s .   2 0 1 0 ;   3 4 :   2 2 8 2 3 5 .   [ 1 1 ]   I m a g e   Sc i e n c e s   I n s t i t u t e .   2 0 1 0 .   D R I VE:   D i g i t a l   R e t i n a l   I m a g e s   f o r   Ve s s e l   Ex t r a c t i o n .   A v a i l a b l e   o n :   U R L :   h t t p : / / w w w . i s i . u u . n l / R e s e a r c h / D a t a b a s e s / D R I VE   .   [ 1 2 ]   Sa p u t r a   PY ,   T j a n d r a s a   H .   D e n t a l   B i t e w i n g   X - r a y   I m a g e   Se g m e n t a t i o n   f o r   D e t e r m i n i n g   t h e   T y p e s   o f   T e e t h ,   Pr o c e e d i n g   o f   T h e   6 t h   I n t e r n a t i o n a l   C o n f .   o n   I C T   a n d   Sy s t e m s .   Su r a b a y a .   2 0 1 0 :   I I - 7     I I - 1 4 .   [ 1 3 ]   D j a j a d i   A,   L a o d a   F ,   R u s y a d i   R ,   Pr a j o g o   T ,   Si n a g a   M .   M o d e l   V i s i o n   o f   So r t i n g   Sy s t e m   Ap p l i c a t i o n   U s i n g   R o b o t i c   M a n i p u l a t o r .   T E L KO M N I KA .   2 0 1 0 ;   8 ( 2 ) :   1 3 7 - 1 4 8 .   [ 1 4 ]     Ar n i a   F ,   Pr a m i t a   N .   En h a n c e m e n t   o f   I r i s   R e c o g n i t i o n   Sy s t e m   Ba s e d   o n   Ph a s e   O n l y   C o r r e l a t i o n .   T EL KO M N I KA .   2 0 1 1 ;   9 ( 2 ) :   3 8 7 - 3 9 4 .   [ 1 5 ]   A l f i a n s y a h   A.   U n i f i e d   En e r g y   Ap p r o a c h   f o r   B - S p l i n e   Sn a k e   i n   M e d i c a l   I m a g e   Se g m e n t a t i o n .   T EL KO M N I KA .   2 0 1 0 ;   8 ( 2 ) :   1 7 5 - 1 8 6 .   [ 1 6 ]   Z h a n g   K,   Z h a n g   L ,   S o n g   H ,   Z h o u   W .   Ac t i v e   C o n t o u r s   W i t h   S e l e c t i v e   L o c a l   o r   G l o b a l   S e g m e n t a t i o n :   A   N e w   F o r m u l a t i o n   a n d   L e v e l   S e t   M e t h o d .   I m a g e   a n d   V i s i o n   C o m p u t i n g .   2 0 1 0 ;   2 8 :   6 6 8 6 7 6 .   [ 1 7 ]   G e   F ,   W a n g   S,   L i u   T .   I m a g e - Se g m e n t a t i o n   Ev a l u a t i o n   F r o m   t h e   Pe r s p e c t i v e   o f   Sa l i e n t   O b j e c t   Ex t r a c t i o n .   Pr o c e e d i n g   o f   t h e   2 0 0 6   I EEE  C o m p u t e r   So c i e t y   C o n f e r e n c e   o n   C o m p u t e r   Vi s i o n   a n d   Pa t t e r n   R e c o g n i t i o n .   2 0 0 6 ;   1 :   1 1 4 6 - 1 1 5 3 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.