ANALISIS PARAMETER ORIENTASI LUAR PADA KAMERA NON-METRIK DENGAN MEMANFAATKAN SISTEM RTK-GPS
TUGAS AKHIR Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana
oleh : Budi Heri Nugroho NIM. 15107068
PROGRAM STUDI TEKNIK GEODESI DAN GEOMATIKA
FAKULTAS ILMU DAN TEKNOLOGI KEBUMIAN
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2012
LEMBAR PENGESAHAN Tugas Akhir Sarjana ANALISIS PARAMETER ORIENTASI LUAR PADA KAMERA NONMETRIK DENGAN MEMANFAATKAN SISTEM RTK-GPS Adalah benar dibuat oleh saya sendiri dan belum pernah dibuat dan diserahkan sebelumnya baik sebagian maupun seluruhnya, baik oleh saya maupun oleh orang lain, baik di ITB maupun institusi pendidikan lainnya. Bandung, September 2012 Penulis,
Budi Heri Nugroho NIM. 15107068 Bandung, September 2012 Pembimbing Pembimbing I,
Pembimbing II
Dr. Deni Suwardhi, ST.,MT NIP. 19690920 199601 1 001
Dr. Ir. Agung Budi Harto, M.Eng NIP. 19670822 199303 1 003
Disahkan oleh Ketua Program Studi Teknik Geodesi Dan Geomatika Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian
Dr.Ir. Kosasih Prijatna, M.Sc NIP. 19600702 198810 1 001
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala rahmat dan berkahnya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini tidak mungkin dapat diselesaikan tanpa adanya bantuan dari berbagai pihak. Karena itu penulis menyatakan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Herman Iswanto dan Sri Rostianingsih, selaku orang tua penulis yang telah mendukung segala kegiatan penulis selama berada di kampus ITB. 2. Bapak Dr. Deni Suwardhi, ST., MT. dan Bapak Dr. Ir. Agung Budi Harto, M.Eng selaku pembimbing yang telah memberikan tuntunan dan juga ilmunya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 3. Ririn Threesiana dan Heriastuti Puteri yang merupakan motivasi utama penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Teman-Teman kontrakan, Egi, Adi, Tondi, Detha, Angga, Indra, dan Daniel, yang telah menemani penulis berkehidupan selama berkuliah di ITB. 5. Para staf pengajar Teknik Geodesi dan Geomatika yang telah memberikan ilmunya kepada penulis. 6. IMG yang telah memberikan wadah berhimpun bagi penulis
Bandung, Agustus 2012
Penulis
i
ABSTRAK
Fotogrametri dalam pengolahannya sangat dibatasi oleh kemampuan perangkat lunak untuk memecahkan parameter yang ada, baik parameter koordinat objek maupun parameter orientasi kamera. Parameter orientasi kamera terdiri dari parameter orientasi dalam dan juga parameter orientasi luar yang terdiri dari posisi dan juga rotasi kamera. Dengan bantuan dari sistem RTK-GPS, parameter posisi bisa dihilangkan dan perhitungan bundle adjustment diharapkan menjadi efisien. Akan tetapi terdapat offset antara antena GPS dan kamera. Pengukuran offset kamera dilakukan terlebih dahulu dengan menggunakan metode Fotogrametri Rentang Dekat (FRD). Dengan adanya data offset ini, pemotretan dilakukan, dan gedung Teknik Lingkungan merupakan objek penelitian kali ini. Titik kontrol pun diukur pada objek dengan menggunakan Electronic Total Station (ETS), dan digunakan juga sebagai check point hasil bundle adjustment. Pengolahan dilakukan dengan menggunakan Australis 6.0, namum gagal dalam melakukan proses bundle adjustment, sehingga pengolahan selanjutnya dilakukan dengan menggunakan ERDAS IMAGINE 9.2. Kebenaran dari hasil pengolahan ERDAS IMAGINE 9.2 dibuktikan dengan membandingkan dengan hasil pengolahan Agisoft PhotoScan 0.8. Hasil dari penelitian ini adalah lebih efisiennya perhitungan, dengan berkurangnya jumlah titik kontrol yang dibutuhkan di lapangan. Kata kunci: Fotogrametri Rentang Dekat, Bundle Adjustment, RTK-GPS
ii
ABSTRACT
Photogrammetry in its processing is very limited by the ability of software to calculate the parameter, whether it’s the object coordinates or the camera orientation parameter. The orientation parameter is consisting of inner and exterior orientation parameter in which is consisting of camera position and camera rotation. With help from RTK-GPS system, the camera position can be considered as constraint so the bundle adjustment calculation can be more efficient. But with the present of the offset between the GPS antenna and the camera, the measurement of the offset must be done first with Close Range Photogrammetry technique. With the offset data, capturing the Teknik Lingkungan building is done within this research. Some control point is measured on the object by a Total Station, and also used as check point for bundle adjustment result. Processing is done with Australis 6.0, but fail in bundle adjustment calculation, so the next calculation process is done by ERDAS IMAGINE 9.2. The result of ERDAS IMAGINE 9.2 calculation is proofed by compared to Agisoft PhotoScan 0.8 calculation result. Conclution of this research is efficiency of the calculation, with the decreasing of control points needed on the object.
Keywords: Close Range Photogrammetry, Bundle Adjustment, RTK-GPS
iii
DAFTAR ISI
PRAKATA .......................................................................................................... i ABSTRAK .......................................................................................................... ii ABSTRACT ...................................................................................................... iii DAFTAR ISI ..................................................................................................... iv DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... vi DAFTAR TABEL ........................................................................................... viii DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................... ix BAB 1
PENDAHULUAN .............................................................................. 1
1.1.
Latar Belakang ................................................................................... 1
1.2.
Rumusan Masalah .............................................................................. 1
1.3.
Tujuan ................................................................................................. 2
1.4.
Batasan Masalah ................................................................................. 2
1.5.
Metodologi Penelitian ........................................................................ 3
1.6.
Sistematika Pembahasan .................................................................... 5
BAB 2
STUDI REFERENSI .......................................................................... 6
2.1.
Geometri Kamera ............................................................................... 6
2.1.1. Orientasi Dalam Kamera................................................................ 6 2.1.2. Orientasi Luar Kamera ................................................................... 8 2.2.
Bundle Adjustment ........................................................................... 11
2.3.
Global Positioning System ............................................................... 11
2.3.1. Metode Penentuan Posisi dengan GPS ........................................ 13 2.3.2. Penentuan Posisi dengan Sistem RTK-GPS ................................ 14 2.4.
Aplikasi GPS Untuk Fotogrametri ................................................... 15
2.4.1. GPS-Kamera Offset ..................................................................... 16 BAB 3
PEMBAHASAN .............................................................................. 17
3.1.
Peralatan ........................................................................................... 18
3.2.
Simulasi Perhitungan Offset GPS-Kamera ....................................... 20
3.2.1. Kalibrasi Dengan Menggunakan Frame Datar ............................ 20 3.2.2. Kalibrasi Dengan Frame 3D ........................................................ 23 3.2.3. Simulasi Perhitungan Offset GPS-Kamera .................................. 25 3.3.
Simulasi Pengukuran Lapangan dan Pengolahan Data .................... 30 iv
3.3.1. Pengolahan Data Dengan Menginput Parameter Orientasi Luar Kamera Secara Penuh ........................................................................................ 31 3.3.2. Pengolahan Data Dengan Menginput Parameter Posisi Kamera dan Titik Kontrol ................................................................................................ 32 3.4.
Pengukuran Lapangan ...................................................................... 32
3.4.1. Kalibrasi Kamera ......................................................................... 32 3.4.2. Perhitungan Offset Kamera .......................................................... 34 3.4.3. Pengambilan Data Citra Lapangan .............................................. 36 3.4.4. Pengukuran Titik Kontrol Lapangan............................................ 38 3.5.
Pengolahan Data Lapangan .............................................................. 40
3.5.1. Pengolahan Data Referensi Utama .............................................. 40 3.5.2. Pengolahan Data Dengan Menginput Data Koordinat Kamera dan Pengurangan Titik Kontrol................................................................................. 41 3.5.3. Pengolahan Data Dengan Perangkat Lunak ERDAS IMAGINE Leica Photogrammetry Suite 9.2 ........................................................................ 41 3.5.4. Pengolahan Data Dengan Perangkat Lunak Agisoft Photoscan Professional Edition 0.8 Beta ............................................................................. 42 BAB 4
ANALISIS ........................................................................................ 43
4.1.
Analisis Simulasi Pengukuran Offset ............................................... 43
4.2. Lapangan
Analisis Simulasi Pengukuran Lapangan dan Pengolahan Data 45
4.3.
Analisis Pengukuran dan Pengolahan Data Lapangan ..................... 46
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................ 50
5.1.
Kesimpulan ....................................................................................... 50
5.2.
Saran ................................................................................................. 50
DAFTAR REFERENSI .................................................................................... 52 LAMPIRAN ..................................................................................................... 53
v
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Diagram Alir Metodologi Penelitian .............................................. 3 Gambar 2.1 proyeksi perspektif (Atkinson, 1996) ............................................. 6 Gambar 2.2 distorsi lensa (Atkinson, 1996) ....................................................... 7 Gambar 2.3 kondisi kesegarisan (Wolf & Dewitt, 2000) ................................. 10 Gambar 2.4 prinsip dasar penentuan posisi dengan GPS (Abidin, 2007) ........ 12 Gambar 2.5 Sistem RTK (Abidin, 2007) .......................................................... 14 Gambar 2.6 Kamera yang dilengkapi dengan receiver GPS (Ragab & Ragheb, 2010) .......................................................................................................................... 15 Gambar 3.1 Diagram Alir Pemrosesan Data .................................................... 17 Gambar 3.2 Nikon D5000................................................................................. 18 Gambar 3.3 Canon EOS 450D.......................................................................... 18 Gambar 3.4 Topcon GR-3 ................................................................................ 19 Gambar 3.5 SOKKIA Set1030R3 .................................................................... 20 Gambar 3.6 Frame Kalibrasi Datar ................................................................... 21 Gambar 3.7 Posisi Kamera yang konvergen..................................................... 21 Gambar 3.8 Foto Kalibrasi Canon EOS 450D.................................................. 22 Gambar 3.9 Foto Kalibrasi Nikon D5000......................................................... 22 Gambar 3.10 Frame Kalibrasi 3D ..................................................................... 23 Gambar 3.11 Foto Kalibrasi Canon EOS 450D................................................ 24 Gambar 3.12 Foto Kalibrasi Nikon D5000....................................................... 24 Gambar 3.13 Pengukuran Offset GPS-Kamera ................................................ 25 Gambar 3.14 Diagram Alir Pengukuran Offset GPS-Kamera.......................... 26 Gambar 3.15 Pemasangan Frame dan Antena .................................................. 27 Gambar 3.16 Pengukuran Offset dengan Frame Datar ..................................... 28 Gambar 3.17 Pengukuran Offset dengan Frame 3D ......................................... 28 Gambar 3.18 Simulasi Pengukuran .................................................................. 30 Gambar 3.19 Tiga Posisi Kamera A ................................................................. 30 Gambar 3.20 Parameter Orientasi Luar Dimasukkan Penuh ............................ 31 Gambar 3.21 Foto Kalibrasi Kamera Nikon D5000 ......................................... 33 Gambar 3.22 Foto Kalibrasi Kamera Canon EOS 450D .................................. 33 Gambar 3.23 Pengukuran Offset GPS-Kamera ................................................ 34 vi
Gambar 3.24 Pengukuran Offset GPS-Kamera ................................................ 35 Gambar 3.25 Posisi Titik Ukuran Antena ........................................................ 36 Gambar 3.26 Pengambilan Data Lapangan ...................................................... 36 Gambar 3.27 Foto Target Gedung Teknik Lingkungan ................................... 37 Gambar 3.28 Sketsa Persebaran Titik Kontrol Lapangan ................................ 38 Gambar 3.29 Posisi Titik Kontrol Pada Software Australis ............................. 39 Gambar 4.1 Dijitasi Posisi Antena Pada Frame Datar ...................................... 44 Gambar 4.2 Dijitasi Posisi Antena Pada Frame 3D .......................................... 44 Gambar 4.3 Posisi Titik Ukuran Antena .......................................................... 47 Gambar 4.4 Grafik Parameter Omega dari Agisoft .......................................... 47 Gambar 4.5 Grafik Parameter Phi dari ERDAS ............................................... 48
vii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 faktor dan parameter yang mempengaruhi ketelitian penentuan posisi dengan GPS (Abidin, 2007) ....................................................................................... 13 Tabel 2.2 Metode-metode penentuan posisi dengan GPS (Abidin, 2007) ....... 13 Tabel 3.1 Tabel Spesifikasi Kamera ................................................................. 18 Tabel 3.2 Tabel Spesifikasi Topcon GR-3 ....................................................... 19 Tabel 3.3 Spesifikasi SOKKIA Set1030R3 ...................................................... 20 Tabel 3.4 Parameter Kalibrasi Kamera dengan Frame Datar ........................... 22 Tabel 3.5 Parameter Kalibrasi Kamera dengan Frame 3D ............................... 24 Tabel 3.6 Koordinat Antena dalam Sistem Koordinat Global .......................... 29 Tabel 3.7 Parameter Orientasi Luar Kamera A ................................................ 29 Tabel 3.8 Offset GPS-Kamera dalam Sistem Koordinat Kamera .................... 29 Tabel 3.9 Parameter Kalibrasi Kamera ............................................................. 33 Tabel 3.10 Offset GPS-Kamera ........................................................................ 35 Tabel 3.11 Koordinat GPS Masing-Masing Kamera ........................................ 37 Tabel 3.12 Koordinat ITB 39 ........................................................................... 38 Tabel 3.13 Koordinat ITB 51 ........................................................................... 38 Tabel 3.14 Koordinat Titik Kontrol Lapangan ................................................. 39 Tabel 3.15 Harga Orientasi Luar Hasil Bundle ................................................ 40 Tabel 4.1 Offset GPS-Kamera dalam Sistem Koordinat Kamera .................... 43 Tabel 4.2 Koordinat Antena dalam Sistem Koordinat Global .......................... 44 Tabel 4.3 Parameter Orientasi Luar Kamera A ................................................ 45 Tabel 4.4 Rata-Rata Deviasi Terhadap Referensi............................................. 46 Tabel 4.5 Tabel Perbandingan Hasil Pengolahan ............................................. 49
viii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A Hasil Pengolahan Simulasi 1 .................................................... 53 Lampiran B Report Simulasi 2 ..................................................................... 56 Lampiran C Report Pengolahan Data Lapangan Dengan Australis ............. 67 Lampiran D Hasil Pengolahan ERDAS IMAGINE 9.2 ............................... 73 Lampiran E Hasil Pengolahan Agisoft ......................................................... 75
ix
