Pada abad ke-16 muncul sebuah teori dimana matahari menjadi pusat dari tata surya dan bumi beserta planet-planet lainnya berputar mengelilingi matahari. Heliosentris, teori yang dikemukakan oleh Nicolaus Copernicus seorang astronomi pada abad ke-16 yang hingga kini diakui oleh para ilmuwan dan digunakan menguak fenomena-fenomena lain berdasar pada teori heliosentris. Proses berputarnya bumi mengelilingi matahari ini menyebabkan bumi pun berputar pada porosnya atau yang biasa disebut dengan rotasi bumi. Rotasi bumi menyebabkan terjadinya siang dan malam. Pembagian waktu siang dan malam menyebabkan segala bentuk aktivitas di muka bumi didasarkan pada perubahan waktu yang terjadi.
Bentuk aktivitas makhluk hidup pun bermacam-macam, ada yang tampak secara jelas namun ada pula yang gerakannya sangatlah halus. Tanaman merupakan bentuk makhluk hidup yang bergerak dengan sangat halus sehingga tidak mudah bagi “mata telanjang” untuk mengamati benar-benar pergerakan tanaman. Pada tahun 1729, astronomi perancis De Mairan melakukan pengamatan yang sangat lama pada tanaman yang menunjukkan adanya ritme pergerakan daun naik dan turun dalam beberapa hari. Beranjak dari penelitian De Mairan banyak peneliti yang mengamati tentang pergerakan tanaman. Berdasar kepada pergerakan tanaman ini dapat diketahui bahwa tanaman tumbuh, berkembang, melakukan aktivitas fotosintesis, dan lain-lain. Sehingga sangat penting untuk mengetahui pergerakan tanaman yang akurat.
Pada pertumbuhan tanaman diketahui bahwa respon pola pertumbuhan tanaman terstimulus terhadap lingkungan, seperti cahaya matahari dan gravitasi. Respon tanaman terhadap cahaya matahari (fototropisme) berpengaruh pada hormon auksin, dimana hormon akan mensuplai ke daerah batang yang tidak terkena atau minim cahaya matahari sehingga tanaman akan mengarah menuju ke cahaya. Pengamatan pergerakan tanaman paling mudah diamati dengan memperhatikan gerakan daun. Pergerakan daun dapat diamati dengan metode aktograf, dimana daun akan dikaitkan dengan pengait dan benang yang akan tersambung ke pencatat ritme di kertas yang telah tersedia. Namun metode ini memiliki kelemahan hanya gerakan daun yang naik dan turun serta tidak mencakup keseluruhan pergerakan yang ada. Untuk itu perlu dikembangkan metode lain yang dapat mengurangi kelemahan-kelemahan metode yang lama.
Computer vision adalah sebuah bidang yang bertujuan untuk mensimulasikan efek dari penglihatan manusia dengan menggunakan metode seperti memperoleh data, memroses, analisis, dan mengerti gambar, secara umum data dimensional yang tinggi dari dunia nyata dalam perintah untuk menghasilkan angka atau simbol informasi. Metode ini banyak diterapkan pada kamera cctv sebagai face recognition, real time camera, colored marker pada buah, dan lain-lain. Computer vision baik dikembangkan sebagai metode untuk mengamati ritme sirkadian dikarenakan ruang lingkupnya yang luas, kemudahan penerapannya, tingkat akurasinya yang terbilang cukup tinggi, serta harga yang terjangkau.
Tanaman yang bergerak secara halus akan terekam secara detail sesuai kebutuhan user dalam pengamatan pergerakan daun tersebut. Secara mekanisme deteksi objek oleh Computer vision dilakukan dalam tiga kategori: (i) Membedakan frame, (ii) pengurangan bagian belakang, (iii) dan aliran optik (optical flow). Optical flow dapat memperlihatkan gerak nyata dari objek dalam scene visual oleh variasi sesaat pola kecerahan. Pada penelitian Mayang (2017) berhasil merancang sistem monitoring pergerakan tanaman dengan metode computer visi pada tanaman tomat, kemudian dilanjutkan dengan Is Widya (2017) yang berhasil mendapatkan interval waktu yang baik dalam pengambilan citra tanaman yaitu setiap 30 menit sekali.
Pada penelitian selanjutnya akan diamati ritme sirkadian yang ada pada bibit tanaman jeruk. Bibit tanaman jeruk dipilih karena masih memiliki jaringan apikal yang cenderung banyak dan merupakan komoditas yang banyak dijumpai di Indonesia. Sistem monitoring pergerakan tanaman tersendiri tersusun atas beberapa unit yang mendukung mulai dari perangkat keras untuk mengamati pergerakan tanaman, kemudian software yang mendukung program yang akan diterapkan dan penyimpanan ke local server yang dimaksudkan agar data yang akan diolah mudah untuk diamati sekaligus sebagai sebuah back-up data agar jika terjadi kehilangan data pada perangkat keras, local server mampu menjadi cadangan data yang diambil.
Kemudian estimasi pergerakan tanaman dilihat dengan menggunakan metode optical flow. Misalkan posisi awal objek I (x, y, t), t sebagai waktu. Kemudian posisi objek setelah adanya gerakan dalam rentang waktu ∆t, jarak perpindahan [∆x, ∆y] menjadi I ( x+Δx, y+Δy, t+Δt).
(Sumber : Nugroho, 2016)
Menghitung jarak perpindahan pada titik tertentu dengan persamaan ‖V‖ = , pada satu daun terdapat beberapa titik, maka dicari rata-rata perpindahan pada satu daun :
Vrata-rata =
Berdasarkan metode diatas akan di dapatkan garis vektor dari citra foto yang telah diambil.
Pada gambar 3.3 didapatkan garis-garis vektor akibat metode optical flow. Garis vektor tersebut hanya terdapat pada daun tanaman yang artinya pergerakan hanya terjadi pada daun tanaman sedangkan batang tanaman tidak mengalami perubahan gerakan.
Selama beberapa hari pengamatan akan didapatkan hasil yang telah diolah menjadi sebuah grafik. Pada gambar 3.3 didapatkan grafik perbandingan pergeseran (px) kamera atas dengan kamera samping. Dari hasil tersebut diketahui bahwa terjadi lebih banyak pergerakan dideteksi dengan kamera samping dibanding dengan kamera atas. Hal ini berarti pergerakan yang terjadi lebih banyak ditangkap dengan kamera samping. Pergerakan yang lebih banyak ditangkap dari kamera samping menunjukkan pertumbuhan yang menuju ke atas (arah cahaya datang) serta pergerakan naik turun daun dikarenakan perubahan cahaya yang ada sehingga menyebabkan aktivitas tanaman terkhusus pada daun banyak terlibat. Pada saat pergantian pemberian cahaya baik dari malam ke siang hari ataupun sebaliknya akan menyebabkan daun pada tanaman bereaksi untuk memulai aktivitasnya, hal tersebut ditandai dengan sedikit menguncup dan membukanya daun serta naik turunnya batang daun.
Daftar Pustaka
Campbell, N. A. et al., 2008. Biologi Jilid 2. 8th ed. Jakarta : Erlangga.
Iskandar, M., 2017. Perancangan Peralatan Monitoring Pergerakan Tanaman untuk Mempelajari Ritme Sirkadian dengan Variasi Interval Pencahayaan , Yogyakarta: Universitas Gadjah Mada.Mairan, J.-J. d. d., 1729. Observation Botanique. Hist Acad Rou Science, pp. 35-36.
Nugroho, A. P., Okayasu, T., Sakai, A., Inoue, E., Hirai, Y., Mitsuoka, M., & Sutiarso, L. 2016. Automatic Leaf Motion Analysis using Optical Flow to Diagnose Plant Behavior in Response to Environmental Changes. Proc. 8th Int. Symp. Mach. Mech. Agr. Biosys. Engng. (ISMAB), CD-ROM
Rahmawati, I. W., 2017. Kajian Variasi Interval Waktu Pengambilan Citra Pergerakan Tanaman yang Optimum pada Sistem Monitoring Ritme Sirkadian Tanaman Tomat, Yogyakarta: Universitas Gadjah Mada.
Sengar, S. S. & Mukhopadhyay, S., 2017. Detection of moving objects based on enhancement of optical flow. elsevier, pp. 130-141.
Kontributor:
Arifin Widyatmoko
Penulis saat ini sedang menyelesaikan tugas akhir dengan topik penelitian Aplikasi Sistem Monitoring Pergerakan Tanaman pada Tanaman Jeruk di Smart Agricultura Research Group, Laboratorium Energi dan Mesin Pertanian, Departemen Teknik Pertanian dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian UGM