APLIKASI CLOSE RANGE PHOTOGRAMMETRY UNTUK PERHITUNGAN VOLUME OBJEK
Oleh : Sarkawi Jaya Harahap 3511 1000 04 Dosen Pembimbing : Hepi Hapsari Handayani, S.T, Ms.C Jurusan Teknik Geomatika Fakultas Teknik Sipil Dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya, 21 Januari 2016
LATAR BELAKANG VOLUME untuk Aplikasi Surveying, studi erosi, estimasi pembuatan suatu material, bahan tambang
METODE KONVENSIONAL Pada umumnya menggunakan metode Terestris, dan mengakibatkan banyak biaya dan waktu
3D MODEL 3D Model dapat dibentuk secara otomatis dengan prinsip image matching
METODE ALTERNATIF Close Range Photogrammetri dengan memanfaatkan Kamera Digital dapat dilakukan untuk pemodelan suatu objek
Rumusan Masalah Bagaimana hasil kalibrasi kamera non‐metrik secara otomatis (image matching) dan kalibrasi kamera analitik menggunakan perhitungan Bundle Adjustment Laboratory Calibration.
Bagaimana hasil bentuk 3D Model Objek.
Bagaimana analisa hasil volume CRP dibandingakan dengan volume metode pita ukur.
Batasan Masalah Objek yang digunakan berbentuk kotak Metode kalibrasi : Metode Laboratorium perhitungan Bundle Andjustment Laboratory Caliration Menggunakan kamera digital
Metode Grid untuk perhitungan Volume, dan bangun ruang untuk pita ukur
visualisasi 3D Model dan perhitungan volume
Lokasi dan Objek Penelitian Adapun Lokasi dan Objek Penelitian ini adalah :
Mobil Listrik ITS
Kalibrasi Kamera Otomatis Bidang Kalibrasi Grid (Kalibrasi Otomatis)
Pemotretan Objek kalibrasi
Foto Bidang kalibrasi
Reseksi Spasial (Image Matching)
Tidak
Bundle Adjustment Self Calibration
EOP Kamera (XL, YL, ZL, Omega,Phi, Kappa)
RMSE < 1 Piksel
Ya IOP Kamera (c, Xp, Yp, K1, K2, K3, P1 dan P2)
Kalibrasi Kamera Analitik Foto Bidang kalibrasi
Ekstraksi piksel foto titik GCP
Bidang Kalibrasi Grid (Kalibrasi Otomatis)
Pemotretan Objek kalibrasi
Spesifikasi Kamera D3000 Pengukuran GCP Pita Ukur Koordinat Foto (mm)
Koordinat piksel titik GCP
Koordinat GCP Reseksi Spasial
Koordinat piksel titik GCP
Transformasi Koordinat Piksel Ke Koordinat mm
EOP Kamera (XL, YL, ZL, Omega,Phi, Kappa)
Bundle Adjustment Self Calibration
RMSE < 1 mm Ya IOP Kamera (c, Xp, Yp, K1, K2, K3, P1 dan P2)
Tidak
Pengolahan Data CRP
Pengolahan Data CRP (lanjutan) A
B
Point Cloud
Point Cloud
Pembuatan Digital Elevation Modellling (DEM)
Pembuatan Digital Elevation Modellling (DEM)
Data DEM, dan Perhitungan Volume
Data DEM, dan Perhitungan Volume
Analisa Ketelitian uji Statistika
Hasil dan Analisa kalibrasi Kamera Otomatis IOP
Value (mm)
Focal Length 24.215994
Standar Deviasi
Quality Photographs
0.003
Parameter Total Number Number OF Oriented
Value 12 12
Number of photo using camera
12
Average photo point coverage
79%
Overall RMS
0.272 pixels
Maximum (Point 5 on photo 12)
1.317 pixels
Minimum (Point 19 on photo 7)
0.202 pixels
Maximum RMS (Point 9)
0.107 piksel
Minimum RMS (point 74)
0.107 pixel
Maximum (point 78)
0.00083 m
Minimum (point 61)
0.00016 m
Overal RMS Vector Leght
8.83e-005 m
Maximum Vector Length (point 86)
0.000113 m
Minimum Vector Length (point 89)
8.53e-005 m
Kamera
Xp Yp K1 K2 K3 P1 P2
11.968157 7.884483 1.31E‐04 1.80E‐06 0 1.69E‐05 ‐7.54E‐06
0.003 0.004 1.80E‐06 1.00E‐08 0 1.80E‐06 2.00E‐06
Point Marking Residual
Point Tightness
Point Precision
Toleransi minimal 80 % Dan 1 Piksel
Hasil dan Analisa kalibrasi Kamera Analitik • Panjang fokus kamera 24 mm • Titik GCP berjumlah 16 titik • Kalibrasi Kamera menggunakan 5 foto
Titik 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
X 1525 1525 1525 1525 2635 2635 2635 2635 3740 3740 3740 3740 4865 4865 4865 4865
Y 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Z 200 800 1400 2000 2000 1400 800 200 200 800 1400 2000 2000 1400 800 200
IOP f Xp Yp K1 K2 K3 P1 P2
Nilai 24.3582 -0.5349 -0.2369 0.0003 -2.239E-06 8.200E-09 0.0005 0.0001
• • • •
Proses Bundle Adjustment Self Calibration Menggunakan pemograman Matlab 5 Foto 12 kali iterasi
Tabel Selisih Iterasi IOP
4
5
-4.169800000 -0.983500000 -3.211600000
1.376200000
7.150100000
-0.332700000 -0.173500000 -0.022700000
Y0
0.002900000
-0.004800000
0.000935490
-0.001200000
0.002000000
0.000060122
0.000004128
F
-0.000038401
0.000038964
-0.000000408
0.000002529
-0.000000476 -0.000002130 -0.000000436
K1
0.000000170
-0.000000167 -0.000000002
0.000000000
-0.000000003
X0
1
2
3
6
7
0.000000007
0.000000003
8
9
10
11
12
0.011500000
-0.004100000
0.003000000
-0.001000000
-0.000107660
0.000012084
-0.000024194
0.000003448
-0.000006054
0.000002257
-0.000000249
0.000000529
-0.000000072
0.000000133
-0.000000013
0.000000001
-0.000000003
0.000000000
-0.000000001
K2
0.000149070
0.015500000
-0.006300000 -0.005000000 -0.009000000
0.004300000
-0.000157030 -0.000035262
0.000037543
-0.000005961
0.000009629
-0.000001708
K3
-0.000186160
0.007400000
-0.004600000 -0.000909720 -0.002400000
0.000543350
0.000020048
0.000008184
-0.000001796
0.000001461
-0.000000489
0.000000374
P1
-0.083700000 -0.251800000
0.155000000
0.409500000
-0.189200000 -0.050100000
0.011700000
-0.000321380 -0.000158630 -0.000038408 -0.000037878 -0.000010585
P2
0.004000000
0.196400000
0.228600000
-0.083200000 -0.010400000 -0.005500000
-0.329400000
Nilai Konstan
0.000422390
-0.000024329
0.000011080
-0.000009055
0.000002670
Distorsi Radial Titik
Tengah X
Y
1
‐0.13613
‐0.0717
2
‐0.12124
‐0.01927
3
‐0.12486
0.026158
4
‐0.14488
0.083515
5
‐0.02293
0.041318
6
‐0.00902
0.005952
7
‐0.0076
‐0.00373
8
‐0.01956
‐0.03202
9
0.023377
‐0.03373
10
0.010822
‐0.00459
11
0.011866
0.00698
12
0.026876
0.043259
13
0.154445
0.085653
14
0.132826
0.027109
15
0.130227
‐0.01913
16
0.14459
‐0.07211
Kesalahan radial dapat diketahui darip erhitungan koefisien distorsi radial (K1, K2 dan K3) dengan jarak radial dengan mengikuti deret aritmatika
Jika nilai kesalahan radial < 1 maka maka lensa kamera mengalami distorsi cembung. Sedangkan nilai kesalahan radial > 1, maka lensa kamera mengalami distorsi cekung
sehingga dapat dikatakan lensa kamera SLR D3000 mengalai distorsi cembung.
Reprojection Error Selain daripada distorsi lensa kamera, analisa kesalahan dari reprojection error juga perlu dilakukan dengan menghitung Roor Mean Square Error (RMSE). Masing-masing foto dihitumg RMSE dengan cara mnegkuadratkan reprojection error, jumlah hasil kuadrat reprojection error tersebut dibagi sebanyak jumlah titik GCP utntuk mencari rerat reprojection error. Kemdian hasil tersebut diakarkan untuk mencari RMSE. Tabel tersebut memiliki nilai RMSE < 1 mm pada koordinat X maupun koordinat Y, dimana nilai RMSE terkecil memiliki nilai 0.0838 mm dan terbesar memiliki nilai 0.134 mm sehingga hasil ini dapat digunakan untuk melakukan georeferencing foto pada keperluan CRP.
Foto
RMSE X
Y
Atas Kiri
0.100222
0.045999
Atas Kanan
0.083881
0.054074
Tengah
0.13411
0.053529
Bawah Kanan
0.084237
0.049768
Bawah Kiri
0.128714
0.051276
Tengah
Titik X
Y
1
‐0.0104064
‐0.0192651
2
‐0.0092147
0.0009858
3
‐0.0162333
0.0201058
4
‐0.0314067
0.0575355
5
‐0.0022407
0.0367983
6
0.0027802
0.0029414
7
0.0050798
0.0012852
8
0.0039466
‐0.0125773
9
0.0441693
‐0.0396197
10
0.0253324
‐0.0070316
11
0.0290645
0.0147687
12
0.0570709
0.0680899
13
0.2946792
0.1464366
14
0.2552134
0.05294
15
0.2447414
‐0.0212298
16
0.2602067
‐0.0952178
nilai kesalahan koordinat foto memiliki kesalahan minimum sebesar 0.0009 dan maksimum sebesar 0.3946 mm. Nilai yang mengalami kesalahan terbesar adalah berada pada titik 13, 14, 15 dan 16. Dari visualisasi diatas dapat dilihat terjadi pergeseran koordinat paling besar berada sebelah kanan foto, tetapi pada bagaian pusat cendrung lebih rapat, hal ini membuktikan kamera mengalami distorsi lensa
Perbandingan Hasil Kalibrasi Kamera
Selisih 0,142 mm
Selisih 0,503 mm sumbu x dan 0,117 mm sumbu y 0.0006 0.0005
0.0005 0.0004 0.0003 0.0002 0.0001
0.0001
0.0000169 ‐0.00000754
0 ‐0.0001
nilai K1, K2, dan K3 pada kedua kalibrasi sebesar 0,0000169; 0,000 dan 0,000.
P1 Otomatis
P2 Analitik
P1 dan P1 memiliki selisih sebesar 0,000498 ; 0,000
Hasil dan Analisa 3D Model Kalibrasi Otomatis
Point Cloud (Dense Surface Model) Reseksi Spasial Dilakukan secara otomatis (EOP) dengan RMSE rata‐rata 0,607 piksel dan Manual (GCP) RMSE rata‐rata 0.429 piksel
Point Cloud (Triangulation) Point Cloud hasil pengolahan data dapat dibentuk setelah melakukan proses pembentukan DSM dan triangulasi
Digital Elevation Model
Hasil dan Analisa 3D Model Kalibrasi Analitik
Reseksi Spasial RMSE GCP sebesar 0,359 piksel
Point Cloud (Dense Surface Model)
Point Cloud (Triangulation)
Digital Elevation Model
Perbandingan Volume Hasil Pengolahan Data
Pita ukur
CRP hasil kalibrasi Otomatis
CRP hasil kalibrasi Analitik
X Minimum (m) X Maximum (m) Y Minimum (m) Y Maximum (m)
0 6.042 0 2.431
0.0005 6.166 ‐0.126 2.52
‐0.068 6.130 ‐0.025 2.590
Elevasi Minimum (m)
0
0.013
‐0.499
Elevasi Maximum (m)
2.571
2.607
2.690
Volume (m3)
37.76
38.098
38.288
Selisih Volume (m3)
0.335
0.528
Persentase Selisih Volume (%)
0.887
1.398
kalibrasi otomatis memiliki pebedaan lebih kecil dari hasil volume kalibrasi analitik. Perbedaan nilai ini dipengaruhi oleh hasil pembentukan DEM pada software yang berbeda terhadap kedua hasil kalibrasi. Perbedaan selisih terbesar terdapat pada model kalibrasi analitik sebesar 0,499 m elevasi minimum jika dibandingkan dengan hasil kalibrasi otomatis sebesar 0,013 m. Hal ini terjadi karena pada saat pembentukan 3D Model terdapat noise yang disebabkan oleh buruknya kualitas foto, sehingga mengurangi kesempurnaan model objek.
Uji Statistik 3D Model (t‐Student) Tinkat Kepercayaan 90% ,
,
Koordinat ICP Pita Ukur
Agisoft
Photomodeller
Nama X
Y
Z
X
Y
Z
X
Y
Z
ICP 1
2.07
0
1.403
2.076
-0.024
1.418
2.076
-0.028
1.416
ICP 2
6.04
1.835
2.143
6.061
1.933
1.869
6.031
1.897
2.138
ICP 3
2.635
2.43
1.358
2.62
2.447
1.174
2.646
2.425
1.339
ICP 4
0.05
2.182
0.414
0.047
2.044
0.372
0.071
2.074
0.414
ICP 5
0
2.43
2.57
0.0912
2.493
2.51
0.039
2.416
2.52
Nama ICP1 ICP2 ICP3 ICP4 ICP5
Sumbu X Min. Max. 3D Model Interval Interval Kalibrasi Analitik 2.039 2.101 2.076 6.009 6.071 6.061 2.604 2.666 2.62 0.019 0.081 0.047 -0.031 0.031 0.0912
3D Model Kalibrasi Otomatis 2.076 6.031 2.646 0.071 0.039
Nama ICP1 ICP2 ICP3 ICP4 ICP5
Min. Interval -0.084 1.751 2.346 2.098 2.346
Sumbu Y Max. 3D Model Interval Kalibrasi Analitik 0.084 1.919 2.514 2.266 2.514
3D Model Kalibrasi Analitik
-0.024 1.933 2.447 2.044 2.493
-0.028 1.897 2.425 2.074 2.416
Sumbu Z Nama
Min. Interval
Max. 3D Model Interval Kalibrasi Analitik
3D Model Kalibrasi Otomatis
ICP1
1.334
1.472
1.418
1.416
ICP2
2.074
2.212
1.869
2.138
ICP3
1.289
1.427
1.174
1.339
ICP4
0.345
0.483
0.372
0.414
ICP5
2.501
2.639
2.51
2.52
3D Model Kalibrasi Analitik dikategorikan baik untuk sumbu X dan Z, dan cukup untuk sumbu Y. Sedangkan kualitas koordinat 3D Model kalibrasi otomatis dikategorikan baik untuk sumbu X, Y dan Z.
koordinat hasil 3D Model Kalibrasi Analitik (Agisfot) dilihat dari prosentase diterimanya hipotesa nol pada koordinat X, Y dan Z berturut‐turut
adalah 80%, 60%, dan
80%,
sedangkan koordinat 3D Model (Photomodeller) kalibrasi Otomatis diterimanya hipotesa nol berturut‐turut adalah 80%,
80%, dan 80%.
Koordinat 3D Model kalibrasi otomatis lebih baik dari koordinat 3D Model kalibrasi analitik.
Kesimpulan Dan Saran Kesimpulan 1. Parameter orientasi dalam kamera pada hasil kalibrasi otomatis yaitu panjang fokus = 24.216 mm, posisi titik utama foto (Xp, Yp) adalah 11.97;7.884 mm, K1 = 0.000131, K2 = 0.0000018, K3 = 0, P1 = 0.0000167, dan P2 = 0.00000075. Sedangkan hasil kalibrasi laboratorium (manual) yaitu panjang fokus = 23.358 mm, posisi titik utama foto (Xp, Yp) ‐0.535 ; ‐0.237mm, K1 = 0.0003, K2 = ‐ 0.00000224, K3 = 0, P1 = 0.0005 dan P2 = 0.0001. 2. Perhitungan volume suatu objek dengan metode CRP dapat dilakukan dengan pembentukan 3D Model. 3D Model tersebut menghasilkan point cloud dan data DEM. 3. Hasil volume metode CRP dengan metode pita ukur pada objek kontainer tidak terlalu signifikan, Hasil volume kalibrasi otomatis lebih akurat terhadap perhitungan volume pita ukur, yaitu memilki selisih 0.887 % , sedangkan hasil kalibrasi laboratorium memiliki selisih 1.398 % terhadap hasil volume pita ukur. 4. Hasil koordinat 3D model kalibrasi otomatis lebih akurat terhadap koordinat ICP pita ukur, yaitu 80% kordinat X, Y, dan Z dapat diterima, sedangkan hasil koordinat 3D model kalibrasi laboratorium yaitu 60 % titik koordinat Y dapat diterima dan 80 dapat diterima
saran
1. Titik GCP kalibrasi Laboratorium secara manual hendaknya memiliki nilai Elevasi yang berbeda terhadap posisi kamera untuk mdapatkan IOP yang lebih baik. 2. Untuk mendapatkan hasil kalibrasi kamera yang lebih teliti menggunakan bundle adjustment self calibration hendaknya dilakukan untuk semua foto dalam pembentukan 3D Model. 3. Perhitungan volume selanjutnya dapat dilakukan dengan objek yang tidak beraturan
