-
1
TUGAS ASISTENSI CLOSE RANGE PHOTOGRAMMETRY
KALIBRASI KAMERA ANDROID CROSS A7S
PRAKTIKUM KALIBRASI KAMERA
Nama : Sarkawi Jaya Harahap
NRP : 3511100004
JURUSAN TEKNIK GEOMATIKA
FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2015
-
2
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada jaman yang semakin modern, kebutuhan akan informasi
geospasial semakin
meningkat. Begitu juga pada perkembangan dalam memperoleh serta
pengolahan data spasial.
Itu juga selaras dengan perkembangan teknologi penginderaan jauh
dan SIG yangsemakin maju.
Hal tersebut ditandai dengan perkembangan sensor, pengolahan
data serta keragaman dari
aplikasinya. Fotogrametri adalah salah satu aplikasi dari
teknologi penginderaan jauh.
Fotogrametri merupakan ilmu, seni dan teknologi untuk memperoleh
ukuran terpercaya dari foto
udara (Kiefer, 1993). Fotogrametri dapat didefinisikan sebagai
suatu seni, pengetahuan dan
teknologi untuk memperoleh data dan informasi tentang suatu
objek serta keadaan disekitarnya
melalui suatu proses pencatatan, pengukuran dan interpretasi
bayangan fotografis (hasil
pemotretan).
Dalam fotogrametri , kamera merupakan hal yang sangat krusial
dalam data akuisisi foto
udara. Dalam pengambilan data foto udara dengan kamera terdapat
kemungkian trjadi kesalahan.
Maka untuk meredukdsi kesalahan tersebut dilakukan kalibrasi
kamera agar mendapaot hasil
yang maksimal. Dlama perkembangannya, telah ada beberapa
software yang menunjang dalam
pengkoreksian data foto yaitu salah satunya adalah hotoModeler
Scanner V6.2.2.596. Oleh
karena itu, dengan mempelajari software ini diharapkan pelaku
kegiatan fotogrametri (khususnya
mahasiswa Teknik Geomatika) dapat lebih mudah dalam
mengkalibrasi hasil foto tanpa harus
menggunakan cara manual fotogrametri.
Dengan adanya perkembangan dari software yang ada dan pengguna
menjadi mudah
dalam mengoreksi data serta mereduksi kesalahan yang ditimbulkan
saat data akuisisi dalam
pengerjaan survey dengan metode fotogrametri
1.2 Tujuan
Tujuan dari praktikum ini adalah:
a. Melakukan kalibrasi kamera dengan bantuan foto dan software
PhotoModeler.
b. Mengetahui apakah kamera tersebut dapat digunakan untuk
keperluan fotogrametri.
1.3 Manfaat
Manfaat dari praktikum ini adalah:
1. Mahasiswa dapat melakukan kalibrasi kamera dengan bantuan
foto dan software PhotoModeler.
2. Mahasiswa dapat mengetahui apakah kamera tersebut dapat
digunakan untuk keperluan
fotogrametri.
-
3
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Fotogrametri Digital
Fotogrametri merupakan suatu ilmu dan teknologi yang berkaitan
dengan proses
perekaman, pengukuran/pengamatan, dan interpretasi(pengenalan
dan identifikasi) suatu kondisi
permukaan bumi serta objek fisik diatasnya yang dapat dipercaya.
Produk dari fotogrametri
digunakan oleh berbagai disiplin yang didalam kegiatannya
berkaitan dengan lahan/permukaan
bumi.
Seiring dengan perkembangan teknologi digital, sistem
fotogrametri telah mengalami
perkembangan dari sistem fotogrametri analitik dan kemudian yang
paling baru adalah sistem
fotogrametri digital (softcopy fotogrametri). Perkembangan
sisitem fotogrametri berdampak
pada perkembangan alat restitusi yang digunakan dari alat
restitusi analog dan analog seperti
analog/analitik stereo plotter dimana proses pekerjaanya
dilakukan oleh manusia, berganti
menjadi alat restitusi otomatis dimana proses pekerjaannya
dikerjakan secara otomatis
menggunakan komputer.
2.2 Digital Camera
Berdasarkan penggunaannya ada beberapa jenis kamera digital
diantaranya kamera digital low-
end, kamera digital midrange dan kamera digital high-end.
a. Kamera Digital low-end
Kamera dengan resolusi kecil, dengan fitur zoom dan lensa
zoom
Gambar 1. Kamera Digital low-end
b. Kamera Digital midrange
Kamera digital dengan resolusi tinggi, memiliki lensa zoom yang
variatif dan fasilitas
yang lebih lengkap dari kamera digital low-end.
Gambar 2. Kamera Digital midrange
-
4
c. Kamera Digital high-end
Kamera tipe DSLR dengan resolusi mulai dari 6 mega pixel dan
memiliki fasilitas dan
pengaturan yang lebih lengkap.
Gambar 3. Kamera Digital high-end
2.3 Kalibrasi Kamera
Kalibrasi merupakan hal yang sangat penting dalam proses
pengukuran secara
fotogrametrik. Kalibrasi dan orientasi kamera yang tepat
dibutuhkan dalam mengekstrak data 3
dimensi metric yang presisi. Sebuah kamera dianggap telah
dikalibrasi apabila parameter
panjang focus, principal point (xp, yp) dan distorsi lensa
(K1,K2,K3,P1,P2) telah diketahui
(Remonindo & Fraser, 2006).
Kalibrasi kamera dapat dilakukan dengan berbagai metode. Secara
umum kalibrasi
kamera biasa dilakukan dengan tiga metode, yaitu laboratory
calibration, on the job calibration
dan self calibration (Atkinson, 1987). Laboratory calibration
dilakukan di laboratorium, terpisah
dengan proses pemotretan objek. Metode yang termasuk di dalamnya
antara lain optical
laboratory dan test range calibration. Secara umum metode ini
sesuai untuk kamera jenis
metrik. On the job calibration merupakan teknik penentuan
parameter kalibrasi lensa dan kamera
dilakukan bersamaan dengan pelaksanaan pemotretan objek. Pada
self calibration pengukuran
titik-titik target pada objek pengamatan digunakan sebagai data
untuk penentuan titik objek
sekaligus untuk menentukan parameter kalibrasi kamera.
Proses kalibrasi kamera dilakukan dengan mengambil minimal 6
gambar dari sebuah pola
dengan grid tertentu. Gambar tersebut dimasukkan ke dalam
perangkat lunak untuk kemudian
diproses secara otomatis untuk menghitung parameter-parameter
yang dibutuhkan. Hasil dari
kalibrasi kamera ini dapat disimpan dan digunakan kembali untuk
proses-proses selanjutnya
yang menggunakan kamera tersebut.
(Gorski, Kuczko, Wichniarek & Zawadski, 2010)
2.3.1 Parameter Interior X0, Y0, dan Fokus
Dalam berbagai kasus fotogrametri, elemen dari principle point
(xo, yo) dan perspektif
distance (panjang fokus) harus ditentukan, hal ini dikarenakan
semua sistem persamaan
matematis yang digunakan dalam fotogrametri bergantung dari
ketiga parameter ini. Secara
geometris hubungan antara ketiga parameter ini dapat dilihat
pada gambar dibawah ini.
-
5
Gambar 1. Geometri foto
Posisi principle point (xo, yo) merupakan proyeksi garis lurus
dari letak perspective center
ke bidang foto dan jarak dari principle point ke perspective
center merupakan panjang fokus (c).
Secara praktis panjang fokus kamera dan letak principle point
tidak mutlak berada di tengah-
tengah pusat foto, permasalahan ini disebabkan oleh kurang
stabilnya susunan lensa dan CCD
yang berguna untuk merekam bayangan objek pada saat
perakitan.
2.2.2. Parameter Distorsi Radial (K1, K2, K3)
Distorsi radial adalah pergeseran linier titik foto dalam arah
radial terhadap titik utama
dari posisi idealnya. Distorsi lensa biasa diekspresikan sebagai
fungsi polonomial dari jarak
radial (dr) terhadap titik utama foto.
Efek yang terjadi apabila pada kamera memiliki nilai distorsi,
maka gambar foto yang
dihasilkan akan berbentuk cembung atau cekung, tergantung dari
nilai parameter distorsi radial
bernilai positif atau negatif (Wolf). Efek distorsi radial
adalah sekitar 1 sampai 2 piksel di
perbatasan CCD sensor. Dalam kaitannya dengan definisi distorsi
radial, ada korelasi besar
antara koefisien distorsi itu sendiri K1, K2, K3 dan antara
principle distance. Hubungan antara
distorsi radial dengan principle distance adalah dalam kaitannya
sesuai principle distance dengan
deviasi rata-rata akan dihitung menjadi minimum.
2.2.3. Parameter Distorsi Decentring atau tangensial (P1,
P2)
Distorsi decentring adalah pergeseran linier titik di foto pada
arah normal (tegak lurus)
garis radial melalui titik foto tersebut. Distorsi decentring
disebabkan kesalahan sentering
elemen-elemen lensa dalam satu gabungan lensa dimana titik pusat
elemen-elemen lensa dalam
gabung lensa tersebut tidak terletak pada satu garis lurus.
Pergeseran ini biasa dideskripsikan
dengan 2 persamaan polonomial untuk pergeseran pada arah x (dx)
dan y (dy). Efek dari distorsi
decentring ini akan menyebabkan kesan hiperbolik pada foto yang
terekam oleh kamera.
2.3. PhotoModeler Scanner
Photomodeler Scanner adalah software fotogrametri yang
menyediakan pemodelan
berdasarkan gambar (image) untuk pengukuran yang akurat serta
model 3D dalam bidang
x
y
Perspective center
Principal point
(xo,yo)
Object
Image (positive)
o
-
6
engineering, arsitektur, film, forensik, kebudayaan, dan
lain-lain. Photomodeler Scanner
menyediakan utilitas untuk menciptakan pengukuran dan model 3D
yang akurat dan berkualitas
tinggi dari kumpulan foto. Proses ini disebut dengan scanning 3D
berbasis foto.
PhotoModeler Scanner adalah sebuah scanner 3d yang menyediakan
hasil yang serupa
dengan 3s laser scanner. Proses scanning 3d ini menghasilkan
point cloud yang padat dari textur
permukaan fotografi dari berbagai ukuran PhotoModeler dasar
ditambah kemampuan untuk
melakukan Dense Surface modelling (DSM), scanning 3d dan
Smartmatch.
SmartMatch menyediakan pemasangan proyek yang efisien dimana
tidak ada target yang
terkode dibutuhkan. Dense Surface Modelling digunakan dalam
berbagai aplikasi di mana
sejumlah besar titik-titik 3D diperlukan. Surface yang
dimodelkan tersebut memerlukan tekstur
random atau natural. Kebanyakan aplikasi dimana 3d laser scanner
bekerja, DSM akan bekerja
juga.
Beberapa aplikasi dari DSM antara lain:
Arkeologi
Arsitektur dan preservasi
Seni/Museum/Kuratorial
Teknik Sipil
Film dan Animasi
Forensik
Teknik Mesin dan Pengukuran bersifat industri
Obat-obatan
Pertambangan, ekskavasi, dan geoteknik
PhotoModeler Scanner mengekspor point cloud 3d dan jaring
triangulasi dalam format
berikut: .stl, .ply, .txt, .iv, .facet.
-
7
BAB III
METODOLOGI DAN PELAKSANAAN
3.1 Alat dan Bahan
1. Software PhotoModeler Scanner V6.2.2.596
2. Kamera Android Cross A7S
3. Grid
4. Selotip
3.2 Waktu dan Tempat Pelaksanaan
Praktikum fotogrametri digital, Kalibrasi Kamera Digital ini
dilaksanakan pada:
Hari/Tanggal : Jumat, 21 Maret 2014
Pukul : 15:00 17.00 WIB
Tempat : Laboratorium Geospasial Teknik Geomatik ITS, lantai
3
3.3 Diagram Alir dan Langkah Pelaksanaan
Mulai
Grid
Memotret Grid
Analisa Hasil
Pembuatan Laporan
Selesai
Kalibrasi Kamera dengan Software PhotoModeler Scanner
V6.2.2.596
Ya
Tidak
Print out grid kemudian
memposisikannya
-
8
Adapun langkah tahapan dalam praktikum fotogrametri digital
Kalibrasi Kamera Digital ini
adalah:
1. Menyiapkan grid dengan menempelkan grid pada lantai
menggunakan selotip
2. Melakukan pengambilan grid menggunakan kamera digital dengan
posisi sudut kira-kira 45
derajat dari atas, setiap sisi diambil 3 foto yaitu , posisi
horizontal, ratasi 90 derajat ke kanan, dan
rotasi 90 derajat kekiri pada kamera. Jumlah foto yang
dihasilkan adalah 12 foto.
3. Melakukan kalibrasi kameradengan menggunakan perangkat lunak
(software) aplikasi
PhotoModeler Scanner V6.2.2.596, dengan tahapan sebagai
berikut:
a. Buka SoftwarePhotoModelerScanner
b. Pada photomodeler versi 6 ini akan langsung ditampilkan
pilihan project. Pilih Camera
Calibration Project. Seperti yang tertera pada gambar
berikut.
c. Pada kotak new project wizard, pilih foto yang akan digunakan
untuk kalibrasi dengan cara
menentukan lokasi foto pada computer, langkah selanjutnya adalah
klikk All Next untuk
tahap selanjutnya.
-
9
Catatan : jika terdapat pemberitahuan seperti gambar dibawah,
menadakan bahwa ada
beberapa rientasi foto yang tidak sama, kita harus menyamakan
semua orientasi foto
dengan pilihan Landscape atau Porteait pada semua foto.
d. Kemudian pada jendela akan muncul automatic calibration
wizard, klik execute
calibration.
e. kalibrasi secara otomatis sedang berlangsung seperti pada
gambar dibawah, tunggu sampai
proses kalibrasi selesei.
-
10
Jika kita perhatikan gambar diatas terdapat tiga gambar yang
tidak terkalibrasi, yaitu pada
gambar 6, 7 dan 8. Penyebab tidak terkalibrasi dengan semmpurna
adalah terdapat blur
pada foto atau pencahayaan yang kurang pada saat pemotretan,
sehingga kita perlu
melakukan pemotretan ulang untuk hasil yang lebih baik.
f. Untuk melihat hasil kalibrasi klik Show Report
Tidak terseteksi
Terideftifikasi dua titik
-
11
BAB IV
HASIL DAN ANALISA
4.1 Hasil
4.1.1 Automarking Camera Caliberation
Hasil dari analisa ini diperoleh dari melakukan pengambilan foto
pada kertas grid dengan
menggunakan kamera Android Cross A7S kemudian dilakukan
kalibrasi kamera menggunakan
software PhotoModeler Scanner V6 dan berikut hasil yang
diperoleh
-
12
4.1.2 Project Status Camera Caliberation Report
Berikut adalah laporan kalibrasi yang terdapat pada software
PhotoModeler Scanner V6 :
Status Report Tree
Project Name: *** Project has not yet been saved ***
Problems and Suggestions (1)
Project Problems (1)
Problem: A large percentage of your points are sub-pixel marked
so it is assumed you are
striving for a high accuracy result. The largest residual
(Point88 - 6.710104) is greater than 1.00
pixels.
Suggestion: In high accuracy projects, strive to get all point
residuals under 1.00 pixels. If
you have just a few high residual points, study them on each
photo to ensure they are marked and
referenced correctly. If many of your points have high residuals
then make sure the camera
stations are solving correctly. Ensure that you are using the
best calibrated camera possible.
Remove points that have been manually marked unless you need
them.
Problems related to most recent processing (0)
Information from most recent processing
Last Processing Attempt: Thu Mar 26 15:05:45 2015
PhotoModeler Version: 6.2.2.596 - final,full
-
13
Status: successful
Processing Options
Orientation: off
Global Optimization: on
Calibration: on (full calibration)
Constraints: off
Total Error
Number of Processing Iterations: 4
Number of Processing Stages: 2
First Error: 15.388
Last Error: 15.384
Precisions / Standard Deviations
Camera Calibration Standard Deviations
Camera1: [3.50]
Focal Length
Value: 3.511496 mm
Deviation: Focal: 0.003 mm
Xp - principal point x
Value: 1.764123 mm
Deviation: Xp: 0.005 mm
Yp - principal point y
Value: 1.294823 mm
Deviation: Yp: 0.002 mm
Fw - format width
Value: 3.523043 mm
Deviation: Fw: 0.001 mm
Fh - format height
Value: 2.644499 mm
K1 - radial distortion 1
Value: 4.431e-003
Deviation: K1: 2.9e-004
K2 - radial distortion 2
Value: 0.000e+000
K3 - radial distortion 3
Value: 0.000e+000
P1 - decentering distortion 1
Value: 6.237e-004
Deviation: P1: 1.2e-004
P2 - decentering distortion 2
Value: 0.000e+000
-
14
Quality
Photographs
Total Number: 12
Bad Photos: 3
Weak Photos: 0
OK Photos: 9
Number Oriented: 9
Number with inverse camera flags set: 0
Cameras
Camera1: [3.50]
Calibration: yes
Number of photos using camera: 12
Average Photo Point Coverage: 81%
Photo Coverage
Number of referenced points outside of the Camera's calibrated
coverage: 0
Point Marking Residuals
Overall RMS: 1.926 pixels
Maximum: 6.710 pixels
Point 88 on Photo 8
Minimum: 1.116 pixels
Point 75 on Photo 1
Maximum RMS: 3.877 pixels
Point 88
Minimum RMS: 0.778 pixels
Point 75
Point Tightness
Maximum: 0.0061 m
Point 7
Minimum: 0.0014 m
Point 23
Point Precisions
Overall RMS Vector Length: 0.000785 m
Maximum Vector Length: 0.000875 m
Point 88
Minimum Vector Length: 0.000769 m
Point 13
Maximum X: 0.000438 m
Maximum Y: 0.00046 m
Maximum Z: 0.000616 m
-
15
Minimum X: 0.000357 m
Minimum Y: 0.000351 m
Minimum Z: 0.000545 m
4.1.4 camera viewer
Hasil dari kamera adalah sebagai berikut :
4.2 Analisa
Berikut adalah analisa dari project camera calibration.
Berdasarkan hasil data yang
pertama, yaitu Automarking Camera Caliberation, seharusnya
jumlah titik yang tertangkap oleh
kamera adalah 10 kolom x 10 baris, yaitu 100 point, namun dari
data yang didapat melebihi 100
point. Kalibrasi kamera dengan sempurna memiliki 4 kontrol point
dan 100 titik terdapat pada
foto no : 2, 4, 5, 8, 9, 10, dan 11. Sedangkan foto yang tidak
sempurna dengan titik diatas 100
adalah terdapat pada foto : 1, 3, dan 7. Foto yang memiliki
titik kontrol dibawah r yaitu terdapat
pada foto no 6, 7, dan 11, sehingga foto tersebut tidak bisa
digunakan dalam melakukan kalibrasi
secara otomatis.
Pada saat pengambilan gambar, usahakan agar 100 point pada grid
tepat di pojok layar
pada kemera atau jika kalau tidak bisa maka usahakan semua grid
tercover dalam pandangan
kamera dan usahakan permukaan kertas grid bersih dari partikel
yang mengganggu.
Berdasarkan data yang kedua, Project Status Camera Caliberation
Report, total dari area
foto yang tercover dengan titik adalah 81%, sedangkan yang
direkomendasikan oleh software
adalah adalah 80%.Panjang focus lensa kamera Cross A7S
sebenarnya adalah 4,000 mm
sedangkan kamera yang digunakan panjang fokusnya adalah 3,511496
mm. Ada selisih 0,488504
mm, dengan standar deviasi untuk focal length adalah 0,003
mm.
Jika ditinjau dari qualitas foto yang berjumlah 12, dapat
dikatergorikan 3 Bad Photos,
dan 9 Ok Photo. Artinya adalah ada 3 buah foto yang tidak
digunakan karena tidak bisa dibaca
oleh software. Data image yang tidak bisa terbaca disebabkan
kesalahan pengambilan gambar
seperti sudut yang terlalu luas, kurang pencahayaan, maupun
terdapat blur pada foto.
Dari pengamatan, didapatkan beberapa parameter dari kalibrasi
kamera, yaitu:
-
16
Focal Length
Value: 3.511496 mm
Deviation: Focal: 0.003 mm
Xp - principal point x
Value: 1.764123 mm
Deviation: Xp: 0.005 mm
Yp - principal point y
Value: 1.294823 mm
Deviation: Yp: 0.002 mm
Fw - format width
Value: 3.523043 mm
Deviation: Fw: 0.001 mm
Fh - format height
Value: 2.644499 mm
K1 - radial distortion 1
Value: 4.431e-003
Deviation: K1: 2.9e-004
K2 - radial distortion 2
Value: 0.000e+000
K3 - radial distortion 3
Value: 0.000e+000
P1 - decentering distortion 1
Value: 6.237e-004
Deviation: P1: 1.2e-004
P2 - decentering distortion 2
Value: 0.000e+000
Dilihat dari principal point (Xp,Yp), ada nilai deviasi untuk
koordinat tersebut, sehingga
ada perubahan posisi terhadap eksposure. Sedangkan jika dilihat
dari Presisi titik dapat
disimpulkan sebagai berikut :
Overall RMS Vector Length: 0.000785 m
Maximum Vector Length: 0.000875 m
Point 88
Minimum Vector Length: 0.000769 m
Point 13
Maximum X: 0.000438 m
Maximum Y: 0.00046 m
Maximum Z: 0.000616 m
Minimum X: 0.000357 m
Minimum Y: 0.000351 m
Minimum Z: 0.000545 m
-
17
BAB V
KESIMPULAN
5.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang didapat dari praktikum ini adalah:
Dengan menggunakan kamera Cross A7S, jumlah titik yang
tertangkap kamera persis 100
dengan 4 titik kontrol berjumlah 7 buah foto, titik yang
teridentifikasi diatas 100 dengan 4
titik kontrol berjumlah 2 buah foto, sedangkan foto yang tidak
digunakan berjumlah 2 buah
foto yang disebabkan tidak teridentifikasi dengan baik.
Kesalahan terjadi karena sudut
yang terlalu lebar, tedapat blur pada kamera serta kurangnya
pencahayaan pada saat
pemotretan.
Berdasarkan Project Status Camera Caliberation Report, total
dari area foto yang tercover
dengan titik adalah 81%, sedangkan yang direkomendasikan oleh
software adalah adalah
80%.
Panjang focus lensa kamera Cross A7S sebenarnya adalah 4,0000 mm
sedangkan kamera
yang digunakan panjang fokusnya adalah 3,511496 mm. Ada selisih
0,488504 mm, dengan
standar deviasi untuk focal length adalah 0,003 mm.
Nilai Principal Poitn hasil kalibrasi Xp 1.764123 mm dengan
deviasi 0,005 mm dan Yp
bernilai 1,294823 mm dengan deviasi 0,002 mm.
Adapun parameter distorsi radial K1 bernilai 0,004431 dengan
deviasi 0,00029, K2 dan K3
bernilai 0, sedangkan distorsi tangensial P1 benilai 0,0006237
dengan deviasi 0,00012
Nilai Overall RMS Point Residual 1.926 pixel, dan nilai Overal
RMS Point Precision
dengan panjang vektor 0,000785 m. Menandakan bahwa hasil foto
kamera tidak memiliki
kulitas yang bagus
5.2 Saran
Saran yang dapat dari praktikum ini adalah :
Dalam melakukan kalibrasi kamera hendaknya memperhatikan
pencahayaan, serta fokus
kamera yaang stabil pada saat melakukan pemotretan.
-
18
Lampiran
Hasil Pemotretan