Upload
tranquynh
View
238
Download
8
Embed Size (px)
Citation preview
10
BAB 3 TAHAPAN STUDI
Dalam penelitian ini terdapat dua tahapan studi, yaitu percobaan metode
videogrametri di laboratorium dan pengaplikasian metode videogrametri di lapangan.
3.1 Percobaan Videogrametri di Laboratorium
Percobaan metode videogrametri di laboratorium bertujuan untuk membuktikan
bahwa metode ini dapat diaplikasikan dalam penentuan posisi. Dalam penelitian ini
terdapat empat macam percobaan metode videogrametri di laboratorium.
3.1.1 Persiapan Kamera
Dalam percobaan metode videogrametri di laboratorium ada tiga macam kamera
yang digunakan, yaitu Brica DV-H9, Sony DCR-SR100, dan opsi video dari kamera
SLR Canon EOS 600D.
3.1.1.1 Brica DV-H9
Berdasarkan informasi yang diperoleh dari situs internet Brica secara langsung
diperoleh spesifikasi yang diperlukan pada tabel berikut.
Tabel 3-1 Spesifikasi Kamera Brica DV-H9
Image sensor 5.0 megapixels CMOS sensor (max 16.0megapixels)
Lens aperture Aperture (F/2.8-6)
Focusing Range Normal : 1.2m~∞ Macro : 20 cm
Shutter Speed 2sec - 1/2000sec
Movie Size D1(720x480) @30fps
VGA(640x480) @30fps
QVGA(320x240) @30fps
Gambar 3-1 Brica DV-H9 (Putra, 2012)
11
Gambar 3-2 Sony DCR-SR100 (Sony, 2012)
3.1.1.2 Sony DCR-SR100
Berdasarkan informasi yang diperoleh dari situs internet Sony Electronic secara
langsung diperoleh spesifikasi yang diperlukan pada tabel sebagai berikut.
Tabel 3-2 Spesifikasi Kamera Sony DCR-SR100
Effective Video Resolution 2.0 megapixels
Effective Sensor Resolution 3.05 megapixels
Camcorder Media Type Hard disk drive
Optical Sensor Size1/3"
Lens Sistem
Type Carl Zeiss 10.0 x x Zoom lens - 5.1 mm - 51.0 mm - F/1.8-2.9
Recording Size HQ (440 min) @ 30 fps
3.1.1.3 Spesifikasi Video Canon EOS-600D
Berdasarkan informasi yang diperoleh dari situs internet Canon secara langsung
diperoleh spesifikasi yang diperlukan pada tabel berikut.
Gambar 3-3 EOS-600D (Canon, 2010)
12
Tabel 3-3 Spesifikasi Video Canon EOS-600D
Shutter Speed 30 - 1/4000 seconds + blub
Maximum Movie Resolution 1920 x 1080 pixels
Maximum Movie Frames Per Second 29 fps
Maximum Movie Duration 29 Minutes or 4GB
Recording Size HD (330Mb/min) @ 50 fps
SD (82.5Mb/min) @ 25 fps
3.1.1 Kalibrasi Kamera
Kamera yang digunakan dalam penelitian ini adalah kamera digital non-metrik
yang didesain tidak untuk keperluan fotogrametri. Hal ini menyebabkan pengukuran
yang dilakukan melalui foto yang dihasilkan dari kamera tersebut dihinggapi oleh
kesalahan murni yang disebabkan oleh desain dan struktur kameranya. Untuk
menyelesaikan masalah ini maka perlu dilakukan proses kalibrasi kamera.
Proses kalibrasi kamera merupakan penentuan karakteristik dari jalannya sinar
yang masuk ke dalam kamera saat terjadi eksposur. Parameter yang dihasilkan dari
proses kalibrasi kamera ini disebut dengan parameter orientasi dalam. Kalibrasi
kamera dilakukan untuk menentukan parameter internal kamera meliputi panjang
fokus (f), titik pusat fidusial foto (xo, yo), distorsi lensa (K1, K2, K3, P1 dan P2),
serta distorsi akibat perbedaan penyekalaan dan ketidakortogonal antara sumbu X
dan Y (Fraser, 1997).
Gambar 3-4 Distorsi Lensa pada Kamera non-Metrik (Lightcraft, 2012)
13
Penentuan parameter orientasi dalam pada kamera video dan kamera SLR
dilakukan dengan melakukan pengambilan gambar atau video di setiap sisi lembar
kalibrasi, dimana masing masing sisi direkam dengan posisi kamera tegak dan
mendatar. Dengan demikian terdapat 8 rekaman video pada masing-masing kamera.
Untuk setiap kamera video dilakukan perekaman minimal berdurasi 3 detik yang
nantinya akan diekstrak menjadi image-image sebelum dilakukan proses kalibrasi
menggunakan perangkat lunak Photomodeler.
Gambar 3-5 Lembar Kalibrasi
3.1.2 Desain dan Instalasi Sistem
Sistem didesain agar posisi dan orientasi kamera dapat diketahui sehingga posisi
dari objek yang akan ditentukan dapat diketahui pula. Pada saat percobaan acuan
pengukuran yaitu lembar kalibrasi (akan dijelaskan pada pendefinisian kerangka
dasar) ditempel di dinding, kamera diinstalasi di depan lembar kalibrasi tersebut,
kemudian objek yang akan ditentukan koordinatnya ditempatkan di antaranya.
Gambar 3-6 Contoh Instalasi Sistem (Percobaan 4)
14
3.1.3 Pendefinisian Kerangka Dasar
Kerangka dasar pada percobaan metode videogrametri didefinisikan dengan
menggunakan lembar kalibrasi yang ditempel di dinding. Titik nol merupakan titik
ke-4 pada lembar kalibrasi, sumbu x positif merupakan garis dari titik 4 ke titik 2
yang berjarak 630 mm, sumbu y positif merupakan garis dari titik 4 ke titik 3 yang
juga berjarak 630 mm, sedangkan sumbu z merupakan garis tegak lurus dari sumbu x
dan sumbu y.
Gambar 3-7 Kerangka Dasar Percobaan di Laboratorium
3.1.4 Perekaman Video
Perekaman video dilakukan setelah sistem terinstalasi sesuai desain agar
diperoleh hasil yang optimum. Proses perekaman disesuaikan dengan lama
percobaan yang dibutuhkan. Pada kamera Brica DV-H9 digunakan opsi perekaman
terbaik yaitu D1, pada Sony DCR-SR100 digunakan opsi perekaman terbaik yaitu
High Quality (HQ), sedangkan pada EOS-600D digunakan opsi perekaman SD agar
waktu perekaman yang tersedia banyak karena jika menggunakan perekaman High
Definition (HD) maka waktu perekaman yang tersedia sangat sedikit.
3.1.5 Sinkronisasi Waktu
Terdapat beberapa cara yang berbeda dalam melakukan sinkronisasi pada
percobaan di laboratorium. Pada percobaan ke-1, sinkronisasi dilakukan dengan
menghidup-matikan senter yang juga sebagai objek yang akan ditentukan posisinya.
Pada percobaan ke-1 ini, posisi senter yang akan ditentukan adalah posisi senter pada
saat hidup.
15
Pada percobaan ke-2, sinkronisasi dilakukan dengan menggunakan timer yang
direkam sebelum percobaan dilakukan. Kemudian rekonstruksi dilakukan dengan
menggunakan frame-frame yang pada saat yang sama. Pada percobaan ke-3 dan
percobaan ke-4, sinkronisasi dilakukan dengan menggunakan timer yang terus
menyala hingga percobaan selesai.
3.1.6 Ekstraksi Video
Setelah diperoleh rekaman dari masing-masing kamera, maka proses selanjutnya
adalah melakukan ekstraksi video menjadi frame-frame. Kemudian frame-frame ini
dipasangkan berdasarkan waktu yang sama sehingga proses interseksi dapat
ditentukan. Proses ekstraksi video ini dilakukan menggunakan perangkat lunak Video
to JPG Converter dari DVD Video Soft. Ada beberapa pilihan dalam perangkat lunak
ini tetapi yang digunakan dalam adalah ekstraksi setiap frame dari perekaman agar
diperoleh frame untuk setiap detik.
Gambar 3-8 Perangkat Lunak Ekstraksi Video
3.1.7 Reseksi
Tahapan selanjutnya adalah reseksi. Proses reseksi bertujuan untuk mendapatkan
parameter orientasi luar (posisi dan orientasi) kamera yang digunakan. Untuk
mendapatkan besaran parameter orientasi luar diperlukan minimal 3 titik kontrol
16
yang diketahui dalam sistem koordinat ruang. Titik yang didefinisikan adalah titik
pada kerangka dasar yaitu titik 4, titik 3, dan titik 2 pada lembar kalibrasi yang
ditempel di dinding. Ke-4 percobaan melakukan proses reseksi yang sama.
Gambar 3-9 Reseksi Brica DV-H9
Gambar 3-10 Reseksi Sony DCR-SR100
Gambar 3-11 Reseksi EOS-600D
3.1.8 Interseksi
Proses interseksi dapat dilakukan jika posisi dan orientasi dari kamera diketahui.
Dengan menggunakan minimal dua frame yang merekam objek yang sama pada saat
yang sama maka posisi dari suatu objek dapat ditentukan.
3.1.8.1 Interseksi Percobaan 1
Posisi objek yang akan ditentukan dalam percobaan 1 adalah titik tengah senter.
Terdapat lima posisi yang akan ditentukan selama senter bergerak.
17
Gambar 3-12 Senter yang Digunakan
Gambar 3-13Posisi 1 Percobaan 1
Gambar 3-14 Posisi 5 Percobaan 1
3.1.8.2 Interseksi Percobaan 2
Percobaan ke-2 bertujuan untuk membuat animasi rangka manusia. Terdapat 7
frame yang akan diolah. Langkah pertama dalam percobaan ke-2 adalah menentukan
koordinat coded target terlebih dahulu, kemudian menarik garis sehingga
membentuk rangka manusia, dan terakhir adalah menggabungkan ke-7 frame yang
telah direkonstruksi tersebut.
18
Gambar 3-15 Coded Target
Gambar 3-16 Posisi 1 Percobaan 2
Gambar 3-17 Posisi 7 Percobaan 2
3.1.8.3 Interseksi Percobaan 3
Tujuan dari percobaan ke-3 adalah untuk menentukan kecepatan dari perubahan
posisi suatu objek. Objek yang akan ditentukan adalah kecepatan jatuh dari grip
sepeda.
Gambar 3-18 Grip Sepeda yang Dijatuhkan
19
Gambar 3-19 Posisi 1 Percobaan 3
Gambar 3-20 Posisi 2 Percobaan 3
Gambar 3-21 Posisi 3 Percobaan 3
3.1.8.4 Interseksi Percobaan 4
Pada percobaan ke-4 coded target ditempelkan pada ban sepeda untuk
membuktikan trajektori dari rangkaian posisi coded target membentuk lingkaran
sesuai dengan pergerakan ban sepeda.
Gambar 3-22 Salah Satu Frame Percobaan 4
20
3.2 Aplikasi di Lapangan
Pada saat di lapangan, metode videogrametri diaplikasikan dalam penentuan
posisi bom untuk trajektori. Bom yang akan ditentukan adalah Bom BTN-250 yang
dilepaskan dari pesawat Sukhoi TNI-AU.
3.2.1 Persiapan Kamera
Pada saat proses perekaman di lapangan digunakan 2 jenis kamera, yaitu kamera
video Sony DSR-PD177 sebanyak 6 unit yang digunakan untuk proses perekaman
video bom sejak dilepaskan hingga meledak di tanah. Selain itu digunakan 1 kamera
SLR Nikon D5000 yang digunakan untuk membantu dalam pengambilan foto ram
untuk proses pemodelan kerangka ram.
3.2.1.1 Spesifikasi Sony DSR-PD177
Berikut spesifikasi dari kamera video Sony DSR-PD177.
Tabel 3-4 Spesifikasi Kamera Sony DSR-PD177
Lens Sony G Lens, 20x (optical), f = 4.1 to 82mm, f = 29.5 to 590 mm
at 16:9 mode, f = 36.1 to 722 mm at 4:3 mode, filter diameter:
72mm
Imaging Sistem 1/3 inch-type, progressive 3 ClearVid CMOS Sensor sistem with
Exmor technology
Gambar 3-23 Kamera Video Sony DSR-PD177 (Ciel, 2012)
Gambar 3-24 Nikon D5000 (Butler, Westlake, & Britton, 2011)
21
3.2.1.2 Spesifikasi Nikon D5000
Berikut spesifikasi dari kamera SLR Nikon D5000.
Tabel 3-5 Spesifikasi Kamera SLR Nikon D5000
Sensor 23.6 × 15.8 mm Nikon DX formatRGB CMOS sensor, 1.5 × FOV
crop
Maximum Resolution 4,288 × 2,848 (12.3 effective megapixels)
3.2.2 Kalibrasi Kamera
Kalibrasi Kamera merupakan proses untuk mengetahui parameter parameter
internal kamera, yaitu jarak utama foto (c), titik utama foto (xo, yo), distorsi radial
(δr) maupun tangensial (δp) dari lensa. Kalibrasi dilakukan dengan menggunakan
bingkai kalibrasi khusus dan dilakukan pada saat, sebelum, dan sesudah pengambilan
data dilakukan. Sebenarnya, kalibrasi pada saat bersamaan dengan proses
pengambilan data (on the job calibration) akan lebih baik. Setelah set data parameter
internal kamera dari hasil kalibrasi diperoleh, maka akan dilakukan uji stabilitas dari
set parameter yang dihasilkan sehingga diperoleh nilai parameter yang stabil dan
memenuhi syarat statistik yang ditetapkan.
Gambar 3-25 Lembar Kalibrasi
3.2.3 Desain dan Instalasi Sistem
Desain dan instalasi sistem peralatan di lokasi pengambilan data meliputi
instalasi kamera video, dan instalasi target pada daerah lintasan yang sudah
ditentukan sebelumnya. Sistem kamera ditempatkan di 2 menara pengamatan.
Kamera-kamera tersebut diarahkan ke rencana lintasan jatuhnya bom.
22
Gambar 3-26 Desain Pengambilan Data di Lapangan
Pada tahap ini juga dilakukan penempatan seluruh kamera di menara atau station
dan penyocokan arah pengambilan dan memastikan beberapa titik di ram dan titik
kontrol dapat dilihat dari kamera.
Gambar 3-27 Posisi Kamera di Station 1
Gambar 3-28 Posisi Kamera di Station 2
3.2.4 Pendefinisian Kerangka Dasar
Pada pengukuran kali ini, pengadaan pengukuran kerangka dasar digunakan
Metode Poligon Tertutup. Poligon merupakan rangkaian titik-titik yang membentuk
suatu rangkaian segi banyak. Pada rangkaian tersebut diperlukan jarak mendatar dan
sudut mendatar yang di gunakan untuk menentukan posisi horizontal relatif titik-titik
poligon, artinya letak satu titik terhadap titik lainnya dalam suatu sistem koordinat.
Alat yang digunakan yaitu ETS (Electronic Total Station). Pada poligon tertutup,
titik awal dan titik akhir berada pada koordinat yang sama atau titik yang sama,
23
dengan syarat adanya sudut jurusan awal. Kontrol yang diaplikasikan adalah kontrol
sudut dan kontrol absis dan ordinat.
Gambar 3-29 Pengukuran Posisi Kamera Menggunakan ETS
Sebelum dilakukan pengukuran kerangka dasar, terlebih dahulu dilakukan
pemasangan dan penandaan patok/pilar. Patok/pilar harus cukup kuat agar dapat
bertahan dalam jangka waktu yang lama karena penggunannya yang terus menerus
selama pemetaan dan untuk keperluan di waktu yang akan datang. Lokasi
penanaman patok/pilar harus di tempat yang stabil dan tanah yang keras.
Setelah patok/ pilar terpasang maka pengukuran kerangka dasar dapat dilakukan.
Jumlah titik kerangka dasar pada pengukuran kali ini sebanyak 3 titik. Langkah yang
dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Pencantuman kode serta nomor sesuai dengan rencana.
2. Membuat sketsa daerah di sekitar patok/pilar serta jalan untuk mencapai
patok/pilar itu.
3. Pengukuran.
4. Memasang alat dan mengatur sumbu tegak
5. Mengukur Sudut dan Jarak
6. Prisma atau reflector dipakai sebagai target bidikan yang diletakkan pada titik-
titik kerangka dasar horizontal. Jalon digunakan sebagai penegak target bidikan
(prisma).
7. ETS dibidikkan ke arah target di sebelah kiri untuk mendapatkan bacaan sudut
kiri, jarak dan sudut vertikal.
8. ETS dibidikkan ke arah target di sebelah kanan untuk mendapatkan bacaan sudut
kanan, jarak dan sudut vertikal.
9. Pengukuran sudut dan jarak dilakukan di setiap titik kerangka dasar.
10. Perhitungan meliputi pengkoreksian hasil ukuran, yaitu :
24
Menghitung koordinat dan ketinggian setiap titik.
Menyusun daftar koordinat dan ketinggian.
Gambar 3-30 Pengambilan Data Kerangka Dasar
Gambar 3-31 Skenario di Lapangan
3.2.4.1 Pengukuran Situasi
Pemetaan detail / situasi dilakukan dengan metode tachimetri yang hampir
menyerupai metode polar dan merupakan cara yang paling sering digunakan dalam
melakukan pemetaan situasi atau detail, terutama untuk pemetaan daerah yang luas
dan untuk detail-detail yang bentuknya tidak beraturan. Pengukuran situasi dilakukan
bersamaan dengan pengukuran titik-titik kerangka dasar (KDV dan KDH).
Pengukuran ini bertujuan untuk mendapatkan informasi mengenai detail dan situasi
keadaan permukaan tanah pada daerah yang akan dipetakan. Titik detail yang diukur
yaitu titik-titik target di tempat sekitar jatuhnya bom dan titik target (bola) pada ram.
25
Gambar 3-32 Pengambilan Data Situasi
Cara pengukuran titik-titik detail dengan metode tachimetri ini dilakukan dengan
dua cara, yaitu :
1. Pengukuran titik-titik detail dari titik kerangka dasar.
2. Pengukuran titik-titik detail dari titik bantu yang diikatkan dengan titik kerangka
dasar, titik bantu harus terlebih dahulu diikatkan dengan titik kerangka dasar
atau titik lain yang telah diikatkan pada titik kerangka dasar.
Data yang diambil di lapangan pada pemetaan situasi adalah :
1. Jarak mendatar antara titik kerangka dengan titik detail.
2. Sudut horizontal dari titik kerangka / titik bantu ke titik detail.
3. Sudut miring / zenith dari titik kerangka / titik bantu ke titik detail.
4. Perhitungan koordinat titik bantu dilakukan dengan cara polar dan koordinat titik
detail dengan cara ikatan ke muka.
Tahap berikutnya adalah pengambilan data foto. Skenario di lapangan ketika
pengambilan data dilapangan dibagi dalam 2 kegiatan :
1. Pengambilan data untuk penentuan orientasi luar kamera
Parameter orientasi luar kamera yang ada di menara pengamatan diukur dengan
memanfaatkan bingkai atau target-target yang ditempatkan di lapangan yang
telah diikatkan pada kerangka dasar. Desain dan penempatan bingkai atau target
ini dilakukan langsung di lapangan.
2. Pengambilan data posisi jatuhnya bom
26
Skenario dilapangan ketika pengambilan data diilustrasikan pada gambar 3.4..
Sistem kamera akan ditempatkan di 2 menara pengamatan dan 1 pesawat
pengintai. Jarak antara menara 1 dan2 adalah sekitar 830 meter. Tinggi pesawat
dari atas tanah ketika bom dijatuhkan adalah sekitar 3000 feet atau 914 meter.
Jarak dari menara 1 maupun 2 ke lintasan jatuhnya bom diharapkan adalah
maksimum sekitar 800 meter. Dengan konfigurasi seperti ini maka dapat
ditentukan beberapa hal penting seperti jarak utama atau focal length kamera,
resolusi geometri kamera, dan jumlah kamera.
3.2.5 Perekaman Video Pelepasan Bom
Perekaman video pelepasan bom dilakukan selama delapan jam. Hal ini
dikarenakan proses pengisian bom dari pesawat sukhoi hingga kembali lagi ke
tempat pelepasan bom menghabiskan waktu sekitar satu jam. Proses pengisian
amunisi hingga datang ke tempat pelepasan bom disebut periode. Total terdapat tiga
periode dalam penelitian ini. Setiap periode terdapat run, yaitu proses pesawat berada
pada lintasan menuju target. Ada beberapa run, akan tetapi hanya 2 run saja yang
membawa bom tajam BTN-250 yang semuanya dilakukan pada period ke-3. Masing-
masing run melepaskan dua amunisi sehingga total ada empat bom tajam. Akan
tetapi hanya ada dua bom yang meledak, yaitu masing-masing satu di setiap run.
Gambar 3-33 Proses Perekaman Video Pelepasan Bom
27
3.2.6 Sinkronisasi Waktu
Metode videogrametri membutuhkan sinkronisasi waktu dalam pelaksanaannya
karena saat pengolahan nantinya akan diambil dua frame dari station dan kamera
yang berbeda pada waktu yang sama.
Sinkronisasi waktu pada video dilakukan dengan menggunakan dua stopwatch
dari BlackBerry yang memiliki ketelitian sampai millisecond. Awalnya kedua
stopwatch tersebut dimulai pada waktu yang sama, namun tetap karena
menggunakan tangan manusia dalam memencet tombolnya, maka akan terjadi
perbedaan sekitar beberapa detik atau millisecond. Kemudian kedua stopwatch ini
direkam oleh salah satu kamera untuk nantinya dilihat seberapa jauh perbedaannya.
Kemudian setiap station diberikan satu stopwatch tersebut yang lalu akan
ditunjukkan pada setiap kamera pada setiap periode terbang akan dimulai. Di akhir
sesi terbang seluruhnya, kedua stopwatch tersebut digabungkan kembali untuk
melihat kestabilan stopwatch selama percobaan berlangsung.
3.2.7 Ekstraksi Video Menjadi Multiple-image
Pada dasarnya suatu video merupakan kumpulan image yang sangat banyak
dalam interval waktu yang sangat singkat sehingga menyebabkan efek gerak. Konsep
ini yang digunakan dalam videogrametri. Sehingga pada dasarnya videogrametri
menggunakan prinsip yang sama dengan fotogrametri.
Dalam penelitian ini, proses ekstraksi video menjadi kumpulan image dilakukan
dengan menggunakan perangkat lunak Video to JPG Converter dari DVD Video Soft.
Ada beberapa pilihan dalam perangkat lunak ini tetapi yang digunakan dalam adalah
ekstraksi setiap frame dari perekaman.
3.2.8 Reseksi
Reseksi dilakukan dengan menggunakan koordinat setiap persilangan pada ram
yang menghadap setiap kamera. Hasil dari reseksi adalah parameter orientasi luar
dari setiap kamera yaitu posisi kamera (X, Y, Z) dan orientasinya (Az, El, Ro).
Reseksi dilakukan menggunakan perangkat lunak Australis. Dengan
menggunakan koordinat-koordinat ram yang telah ditransformasikan ke dalam sistem
koordinat lokal yang didefinisikan, maka koordinat-koordinat ram yang terlihat pada
kamera video dapat dijadikan sebagai titik sekutu. Kemudian dengan proses bundle
28
adjustsment diperoleh parameter orientasi luar dari masing-masing kemera yaitu 3
parameter posisi dan 3 parameter orientasi.
Gambar 3-34 Reseksi Kamera 1
Gambar 3-35 Reseksi Kamera 2
Gambar 3-36 Reseksi Kamera 3
Gambar 3-37 Reseksi Kamera 4
Gambar 3-38 Reseksi Kamera 5
Gambar 3-39 Reseksi Kamera 6
3.2.9 Interseksi
Interseksi dilakukan dengan menggunakan dua foto dari dua kamera yang
berbeda pada saat yang sama untuk sudut yang sama. Dari proses interseksi akan
diperoleh posisi (X, Y, Z) dari objek yang diinginkan.
29
Gambar 3-40 Proses Pelepasan Bom
Gambar 3-41 Ledakan Bom di Tanah
Posisi bom tajam pada saat terjadi ledakan dilepas (release) pada saat periode 3
run 3 yang kemudian direkam menggunakan kamera satu pada station dua dan
kamera empat pada station satu. Sedangkan pada saat bom meledak di tanah data
direkam menggunakan kamera tiga pada station dua dan kamera lima pada station
satu.