LAPORAN PRAKTIKUM FOTOGRAMETRI DIGITAL “MENGHITUNG BESARNYA KESALAHAN PIXEL PIXEL PADA FOTO DAN KALIBRASI PADA KAMERA”
Dosen :
Dr. Ing. Ir. Teguh Hariyanto, M.Sc Husnul Hidayat, ST, MT
Tanggal : 15 Oktober 2015 Oleh : ELPIDIA AGATHA CRYSTA 3513100071 Fotogrametri Digital (A)
JURUSAN TEKNIK GEOMATIKA FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2015
1|Camera Calibration
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI .............................................. .................................................................... .............................................. .............................................. ......................
2
KATA PENGANTAR ........................................... ................................................................. .............................................. ................................... ...........
3
I.
PENDAHULUAN ................................................ ....................................................................... ............................................. ........................
4
II.
DASAR TEORI ............................................... ..................................................................... ............................................ ............................. .......
5
III.
METODE .............................................. .................................................................... ............................................ ....................................... .................
8
3.1 ALAT DAN BAHAN .............................................. ....................................................................... ...................................... .............
8
3.2 PROSEDUR PRAKTIKUM .......................................... ................................................................... ................................. ........
10
IV.
HASIL DAN ANALISA ............................................ .................................................................... ......................................... .................
31
V.
KESIMPULAN .............................................. .................................................................... ............................................... ............................... ......
37
DAFTAR PUSTAKA
2|Camera Calibration
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI .............................................. .................................................................... .............................................. .............................................. ......................
2
KATA PENGANTAR ........................................... ................................................................. .............................................. ................................... ...........
3
I.
PENDAHULUAN ................................................ ....................................................................... ............................................. ........................
4
II.
DASAR TEORI ............................................... ..................................................................... ............................................ ............................. .......
5
III.
METODE .............................................. .................................................................... ............................................ ....................................... .................
8
3.1 ALAT DAN BAHAN .............................................. ....................................................................... ...................................... .............
8
3.2 PROSEDUR PRAKTIKUM .......................................... ................................................................... ................................. ........
10
IV.
HASIL DAN ANALISA ............................................ .................................................................... ......................................... .................
31
V.
KESIMPULAN .............................................. .................................................................... ............................................... ............................... ......
37
DAFTAR PUSTAKA
2|Camera Calibration
KATA PENGANTAR
Puji syukur saya panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia- Nya Nya sehingga saya dapat menyelesaikan laporan praktikum “MENGHITUNG BESARNYA KESALAHAN PIXEL PADA FOTO DAN KALIBRASI PADA KAMERA ” dengan baik dan tepat pada waktunya. Pembuatan laporan ini tentunya untuk memenuhi mata kuliah Fotogrametri Digital. Tidak lupa saya juga mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Dr. Ing. Ir. Teguh Hariyanto, M.Sc selaku dosen mata kuliah Penginderaan Penginderaan Jauh yang telah memberikan ilmu 2. Bapak Husnul Hidayat, ST, MT selaku asisten dosen mata kuliah Penginderaan Jauh yang telah memberikan arahan hingga terwujudnya praktikum dan laporan ini 3. Teman-teman dan pihak-pihak yang telah membantu dalam proses hingga terselesaikannya praktikum dan laporan ini. Saya juga menyadari bahwa laporan ini masih banyak kekurangan baik dalam isi maupun sistematiknya. Oleh karena itu, saya mengharapkan kritik dan saran dari pembaca untu penyempurnaan laporan ini. Akhir kata, saya mengharapkan semoga laporan ini dapat bermanfaat, khususnya bagi saya dan umumnya umumnya bagi pembaca. Terima kasih.
Surabaya, Oktober 2015
Penulis,
3|Camera Calibration
I. PENDAHULUAN
Fotogrametri merupakan suatu pengambilan atau pengukuran data/informasi mengenai sifat dari sebuah fenomena, objek,atau benda dengan menggunakan sebuah perekam tanpa berhubungan langsung dengan objek yang akan dikaji. Salah satu karateristik fotogrametri adalah pengukuran terhadap objek yang dilakukan tanpa berhubungan perlu berhubungan ataupun bersentuhan secara langsung dengannya. Dalam fotogrametri syarat fundamental yang banyak digunakan adalah syarat kesegarisan berkas sinar (collinearity condition) yaitu suatu kondisi dimana titik pusat proyeksi, titik foto dan titik obyek di tanah terletak pada satu garis dalam ruang. Kondisi ini dinamakan kondisi kolinearitas. Kamera fotogrametri tidak mempunyai lensa yang sempurna, sehingga proses perekaman yang dilakukan akan memiliki kesalahan. Oleh karena itu perlu dilakukan pengkalibrasian kamera utnuk dapat menentukan besarnya penyimpangan-penyimpangan
yang
terjadi.
Kalibrasi
kamera
dilakukan
untuk
menentukan parameter distorsi, meliputi distorsi radial dan distorsi tangensial, serta parameter-parameter lensa lainnya, termasuk juga principal distance (c), serta titik pusat fidusial foto. Pada Software Austalis, model kalibrasi terdiri dari element interior orientasi (xo, yo, c), koefisien distorsi lensa (K 1, K 2, K 3, P1 and P 2) serta koefisen untuk perbedaan penyekalaan dan ketidak ortogonal antara sumbu X dan Y (b 1, b2) Distorsi lensa dapat menyebabkan bergesernya titik pada foto dari posisi yang sebenarnya, sehingga memberikan ketelitian pengukuran yang tidak baik, namun tidak mempengaruhi kualitas ketajaman citra yang dihasilkan.
4|Camera Calibration
II. DASAR TEORI
Distorsi lensa merupakan ketidaksempurnaan desain dan susunan lensa pada kamera non-metrik yang menyebabkan distorsi
lensa. Distorsi lensa tidak mengurangi kualitas
ketajaman foto tetapi mengurangi kualitas geomatrik dari foto yang dihasilkan. Berkurangnya kualitas geomatrik foto menyebabkan posisi titik-titik yang ada pada foto udara mengalami perubahan dari posisi yang seharusnya, sehingga penentuan posisi pada foto tersebut menjadi tidak akurat atau mengalami kesalahan. Besarnya distorsi lensa dapat direduksi pengaruhnya dengan melakukan kalibrasi terhadap kamera udara yang digunakan untuk pengambilan data. Distorsi lensa terjadi apabila seberkas sinar yang datang melalui lensa mengalami pembelokan arah, sehingga sinar tersebut dibiaskan dengan arah yang tidak sejajar dengan arah si nar datangnya. Distorsi lensa dibedakan menjadi dua jenis, yaitu : 1. Distorsi Radial Distorsi radial merupakan salah satu komponen yang paling dominan mempengaruhi kualitas geomatrik foto. Distorsi radial adalah pergeseran linear titik-titik pada foto dalam arah radial terhadap titik utama dari posisi idealnya. Distorsi radial menyebabkan posisi gambar mengalami distorsi sepanjang garis radial dari titik utama. Distorsi radial ke arah luar dianggap positif dan distorsi radial ke arah dalam dianggap negatif. Distorsi radial positif sering disebut juga pincushion distortion, pada distorsi ini gambar yang semula berbentuk persegi setelah mengalami distorsi sisi-sisinya akan melengkung ke arah pusat gambar. Sedangkan distorsi radial negatif disebut barrel distortion, pada distorsi ini gambar berbentuk persegi, sisi-sisinya akan melengkung ke arah luar menjauhi titik pusat gambar.
5|Camera Calibration
Distorsi radial dideskripsikan sebagai fungsi polinom dari jarak radial (Δr) terhadap titik utama foto, sebagai berikut : Δr = k 1r 3 + k 2r 5 + k 3r 7 Dimana, Δr adalah besarnya distorsi radial lensa : k 1, k 2, k 3 adalah parameter distorsi radial, r adalah jarak radial. Karakteristik distorsi radial lensa kamera dapat diketahui melalui kalibrasi kamera, jika karakteristik distorsi radial diketahui maka posisi objek pada foto dapat dikoreksi.
2. Distorsi Tangensial Lensa kamera non metrik merupakan gabungan dari beberapa lensa yang memiliki titik pusat yang berbeda. Terjadinya kesalahan dalam mengatur titik pusat lensa pada gabungan lensa (sentering) menyebabkan terjadinya distorsi tangensial yang disebut juga decenteric distortion. Kesalahan sentering lensa dari gabungan lensa pada kamera non-metrik diilustrasikan pada gambar di bawah ini.
Pada gambar (a) merupakan gabungan lensa dengan sentering sempurna, sedangkan pada gambar (b) merupakan gabungan lensa dengan sentering yang tidak sempurna. Distorsi tangensial atau distorsi decentrik adalah pergeseran linear titik foto pada arah normal (tegak lurus) garis radial melalui titik foto tersebut. Distorsi tangensial dideskripsikan dengan dua persamaan polinomial untuk pergeseran pada arah x (δx) dan y (δy).
6|Camera Calibration
Distorsi tangensial pada umumnya sangat kecil sehingga terkadang diabaikan (jarang dikoreksi). Sedangkan hasil gabungan dari distorsi radial dan distorsi tangensial biasa disebut dengan distorsi gabungan atau combain dimana visualisasinya setengah merupakan distorsi radial dan setengahnya lagi merupakan distorsi tangensial.
7|Camera Calibration
III. METODE
Alat dan Bahan Alat
: Laptop atau komputer Mouse Kamera digital Software MATLAB Alat tulis
Bahan : Pattern (gambar pola papan catur) cetak ukuran A3 Folder “Toolbox calib” Selotip
KAMERA YANG DIGUNAKAN
Jenis kamera
: Kamera saku digital ( digital pocket kamera )
Merk kamera
: MPIX
Resolusi
: 7 MP dengan ukuran foto terbesar ( 3072 x 2304 ) pixel
Sensor
: ( 5,7 x 4,3 ) mm
Ukuran pixel (1 unit) : dx, dy = (0,001855 x 0,001866) mm
SPESIFIKASI
Sensor
7 Mega Pixels CCD, ukuran : 1/2.5 inchi
Lensa
Panjang fokus : f = 6.2 ~ 18.6 mm, 3x perbesaran optik, 4x perbesaran digital
LCD Monitor
2.5” TFT color LCD
Kisaran Fokus
Normal : 80 cm ~ tak terbatas Macro : (W) 15 cm ~ 1 m / (T) 50 cm ~ 1 m
Lubang Lensa Rana
F/ 2.8 ~ 5.6 8 ~ 1/2000 detik
8|Camera Calibration
Format File
Gambar : JPEG (EXIF 2.2 compatible), DCF compatible, DPOF pendukung Video : AVI, Audio :WAV
Resolusi
Gambar : 3072 x 2304 (7M) / 3072 x 2048 (3:2) / 3072 x 1728 (16:9) / 2560 x 1920 (5M) / 2048 x 1536 (3M) / 1024 x 768 (1M) / 640 x 480 (VGA) Video : 640 x 480 / 320 x 240 / 160 x 120
Mode Scene
Potrait / Landscape / Night Scene / Kids / Snow / Backlight / Sunset / Text / Fireworks / Food / Building
Sensitifitas White Balance
Auto / ISO 50 / ISO 100 / ISO 200 / ISO 4000 Auto / Daylight / Cloudy / Tungsten / Flourescent (H) / Flourescent (L) / Custom
Kontrol Pencahayaan
-2EV hingga +2EV in 1/3 step
Pengukuran
Center-weighted / Multi / Spot
Burst Pengaturan waktu Flash Efek Foto
Tergantung pada kapasitas memori ( tak terbatas ) 2 detik / 10 detik / double Auto / red eye reduction / always on / slow sync / always off Black & White / Sepia / Negative Art / Mosaic / Red / Green / Blue
Penyimpanan TV System Kekuatan energi
16 MB memori internal / SD / MMC Slot NTSC / PAL AA rechargeable Ni-MH battery X2 AA alkaline battery X2
Suhu
Operating : 0O C sampai 40O C Penyimpanan : -20 O C sampai 60 O C
Microphone
Terpasang permanen
Speaker
Terpasang permanen
Ukuran
89.5 x 61.3 x 27 mm (Max. Len-LCD 26.7)
Berat
Tubuh kamera terhitung baterai : lebih kurang 140 (g)
9|Camera Calibration
Prosedur Praktikum Dalam praktikum ini kita akan menghitung besarnya kesalahan pixel pada foto yang telah kita ambil dan mengetahui besarnya distorsi lensa pada kamera dengan menggunakan software program matlab. Berikut ini merupakan tahap-tahap berserta langkah-langkah praktikum.
A. Download Camera Calibration Toolbox for Matlab 1. Cari di google dengan kata kunci “Camera Calibration Toolbox for Matlab”, kemudian klik icon download seperti pada gambar di bawah ini.
2. Maka hasil file yang terdownload adalah berupa format zip dengan nama “toolbox_calib”, dengan isi-isinya seperti pada gambar berikut (jangan lupa lakukan extract pada file).
B. Pengambilan Gambar dengan Kamera Digital 1. Cetak terlebih dahulu pattern (gambar pola papan catur) dalam kertas ukuran A3 yang sudah terdapat di dalam folder toolbox_calib. File pattern terletak di dalam folder calibration_pattern.
10 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
2. Tempelkan gambar pattern pada dinding atau meja (pilih tempat background yang tidak memantulkan cahaya). 3. Kemudian ambil gambar pattern dengan menggunakan kamera digital dengan berbagai macam posisi (hasil foto dapat dilihat pada tahap selanjutnya). 4. Masukkan hasil foto tersebut ke folder toolbox_calib menjadi satu dengan program-program matlab lainnya seperti pada contoh gambar berikut.
C. Pengolahan Foto pada Matlab 1. Buka terlebih dahulu software matlab, maka akan muncul tampilan jendela seperti gambar di bawah ini.
2. Jalankan program matlab “calib_gui”. Hal ini dapat dilakukan dengan beberapa cara, yaitu : 11 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
-
Klik icon Browse for Folder dalam jendela matlb untuk menampilkan seluruh isi folder
-
Pilih folder mana yang akan dibuka, seperti contoh gambar di bawah ini.
-
Maka akan muncul seluruh isi folder yang terdapat dalam kolom “Current Folder” dalam jendela matlab. Kemudian panggil program “calib_gui” dengan cara mengetikkan “calib_gui” pada Command Wi ndow seperti pada gambar di bawah ini.
12 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
-
Atau juga dapat dilakukan dengan cara, buka folder toolbox_calib, klik 2x pada nama file program “calib_gui” seperti pada contoh gambar di bawah ini.
-
Selanjutnya kita akan masuk dalam jendela Editor dari matlab. Seperti pada contoh gambar di bawah ini
-
Kemudian klik icon RUN untuk menjalankan program.
13 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
3. Setelah program dijalankan, maka akan muncul tampilan menu sebag ai berikut. Pilih menu Memory efficient (the images are loaded one by one)
4. Kemudian akan muncul tampilan menu Camera Calibration Toolbox seperti gambar berikut.
5. Klik “Image names” untuk melakukan mendefinisian nama images. Lalu akan muncul tampilan pada command window seperti gambar di bawah ini.
14 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
6. Kemudian masukkan nama deskripsi foto. Contoh : jika nama foto adalah IMG004 maka masukkan IMG.
7. Masukkan tipe foto (jpeg/png/tif/dll)
8. Maka secara otomatis, program akan mendeteksi foto yang telah dimasukkan ke dalam folder toolbox_calib seperti pada gambar berikut.
9. Kemudian kembali ke menu Camera Calibration Toolbox, pilih menu “Extract grid corners” untuk mendefinisian titik origin pada setiap foto
10. Kemudian masukkan besar “wintx dan winty” yang diingi nkan. Wintx dan Winty digunakan sebagai pixel sample yang diambil dari gambar agar bisa mendeskripsikan warna dari pattern (hitam dan putih) seperti gambar berikut.
11. Lalu akan muncul image 1 pada figure 2.
15 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
12. Lakukan pendefinisian titik origin dengan cara mengklik pada gambar di kotak nomor 2 dari pojok kiri bawah, lakukan memutar searah jarum jam sampai pojok kanan bawah. Gambar di bawah ini merupakan hasil dari pendefinisian titik origin.
13. Lalu kembali ke jendela command window dan isikan besar dari panjang dan lebar dari kotak pattern (dalam satuan meter). Karena gambar pattern di print
16 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
dalam kertas A3 sehingga panjang dan lebarnya diukur adalah 0,04 m. Inputkan seperti pada contoh gambar di bawah.
14. Lalu secara otomatis gambar akan langsung mendeskri psikan dengan sendirinya perpotongan-perpotongan dari setiap kotak pada gambar pattern seperti pada gambar di bawah ini.
Gambar 3.1 Image 1
15. Kemudian lakukan langkah yang sama untuk pendefinisian titik origin pada image 2 sampai image 14. Gambar-gambar di bawah ini merupakan hasil pendefinisian dari image 2 sampai image 14
17 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
Gambar 3.2 Image 2
18 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
Gambar 3.3 Image 3
Gambar 3.4 Image 4 19 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
Gambar 3.5 Image 5
20 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
Gambar 3.6 Image 6
Gambar 3.7 Image 7 21 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
Gambar 3.8 Image 8
22 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
Gambar 3.9 Image 9
Gambar 3.10 Image 10 23 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
Gambar 3.11 Image 11
24 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
Gambar 3.12 Image 12
Gambar 3.13 Image 13 25 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
Gambar 3.14 Image 14
16. Kemudian kembali ke menu Camera Calibration Toolbox, pilih menu “Calibration” untuk melakukan kalibrasi pada foto untuk men ghitung menghitung besarnya kesalahan pixel.
17. Maka secara otomatis akan terhitung besarnya total kesalahan pixel pada foto.
26 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
18. Kemudian kembali ke menu Camera Calibration Toolbox, pilih menu “ Show Extrinsic” untuk menampilkan model 3D dari posisi -posisi saat kita melakukan pengambilan gambar dengan kamera
27 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
Gambar 3.15 Gambar 3D 1
Gambar 3.16 Gambar 3D 2
Gambar 3.17 Gambar 3D 3
28 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
Gambar 3.18 Gambar 3D 4
Gambar 3.19 Gambar 3D 5
29 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
19. Kemudian kembali ke menu Camera Calibration Toolbox, pilih menu “ Save” untuk menyimpan.
20. Setelah hasil disimpan, dapat dilihat bahwa pada folder toolbox_calib terdapat file baru yang bernama “Calib_Results.m”
21. Untuk menampilkan pola distorsi, dapat dilakukan dengan cara : pada jendela command window panggil program “visualize_distortions” seperti pada gambar di bawah ini maka secara otomatis macam-macam pola dari distorsi akan muncul.
30 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
IV. HASIL DAN ANALISA
Dari hasil pendefinisian titik origin pada setiap image, maka dihasilkan penempatan titik-titik perpotongan pada setiap kotak dalam gambar pattern seperti hasil gambargambar di bawah ini.
Gambar 4.1 Hasil Image 1
Gambar 4.2 Hasil Image 2
Gambar 4.3 Hasil Image 3
Gambar 4.4 Hasil Image 4
31 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
Gambar 4.5 Hasil Image 5
Gambar 4.6 Hasil Image 6
Gambar 4.7 Hasil Image 7
Gambar 4.8 Hasil Image 8
Gambar 4.9 Hasil Image 9
Gambar 4.10 Hasil Image 10
32 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
Gambar 4.11 Hasil Image 11
Gambar 4.12 Hasil Image 12
Gambar 4.13 Hasil Image 13
Gambar 4.14 Hasil Image 14
Dari hasil hitungan kalibrasi dapat diketahui bahwa total kesala han pixel adalah : Pixel error (x) : 0,25094 Pixel error (y) : 0,17674
Dari pixel error, maka didapatkan visualisasi dari macam-macam pola distorsi yaitu :
33 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
Gambar 4.15 Pola Distorsi Tangensial
Gambar 4.15 Pola Distorsi Radial
34 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
Gambar 4.16 Pola Distorsi Tangensial
Dari hasil praktikum, maka dapat dicari parameter internal kamera yaitu : fx
= 1057,19305 m
= 1057193,05 mm
fy
= 1057,57300 m
= 1057573,00 mm
( fx dan fy diperoleh dari fc ) dx
= 0,001855 mm
dy
= 0,001866 mm
f
= [(fx x dx) + (fy x dy)] / 2 = 1967,262163 mm
Up
= 526,74547
Vp – Vo
= -782,24304
Vp
= 369,75696
Xo
= (Up – Uo) * dx
Uo
= 3072 / 2 = 1536
Vo
= 2304 / 2 = 1152
Up – Uo = -1009,25453
= -1,872167 mm Yo
= (Vp – Vo) * dy = -1,459665 mm 35 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
Xo
= -1,872167 mm
Yo
= -1,459665 mm
K1
= -0,1725
K2
= 0,06996
K3
=0
P1
= -0,0005396
P2
= -0.001055
36 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
V.
KESIMPULAN
Dari praktikum ini dapat disimpulkan bahwa total kesalahan pixel kurang dari 1 pixel karena kesalahan pixel (x) : 0,25094 dan kesalahan pixel error (y) : 0,17674. Panjang fokus pada internal kamera adalah 1967,262163 mm. Sumbu Xo dan Yo dihitung adalah -1,872167 mm dan -1,459665 mm. Memiliki nilai K1, K2 dan K3 dari distorsi radial sebesar -0,1725; 0,06996; 0. Dan memiliki nilai P1 dan P2 dari distorsi tangensial sebesar -0,0005396; 0.001055. Dan besar total kesalahan pixel juga dapat dipengaruhi dari cara pengambilan gambar pada kamera, spesifikasi kamera dan penempatan titik origin pada setiap foto.
37 | C a m e r a C a l i b r a t i o n
