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 Lens aperture Focusing Range Shutter Speed Movie Size
5.0 megapixels CMOS sensor (max 16.0megapixels) Aperture (F/2.8-6) Normal : 1.2m~∞ Macro : 20 cm 2sec - 1/2000sec D1(720x480) @30fps VGA(640x480) @30fps QVGA(320x240) @30fps
Gambar 3-1 Brica DV-H9 (Putra, 2012)
10
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 Effective Sensor Resolution Camcorder Media Type Optical Sensor Lens Sistem Type Recording Size
2.0 megapixels 3.05 megapixels Hard disk drive Size1/3" Carl Zeiss 10.0 x x Zoom lens - 5.1 mm - 51.0 mm - F/1.8-2.9 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)
11
Tabel 3-3 Spesifikasi Video Canon EOS-600D
Shutter Speed Maximum Movie Resolution Maximum Movie Frames Per Second Maximum Movie Duration Recording Size
30 - 1/4000 seconds + blub 1920 x 1080 pixels 29 fps 29 Minutes or 4GB 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)
12
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)
13
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.
14
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 15
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.
16
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.
17
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
18
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
19
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
Imaging Sistem
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 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)
20
3.2.1.2 Spesifikasi Nikon D5000 Berikut spesifikasi dari kamera SLR Nikon D5000.
Tabel 3-5 Spesifikasi Kamera SLR Nikon D5000
Sensor Maximum Resolution
23.6 × 15.8 mm Nikon DX formatRGB CMOS sensor, 1.5 × FOV crop 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.
21
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,
22
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 titiktitik 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 : 23
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.
24
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 25
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. Masingmasing 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
26
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
27
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.
28
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.
29
