SISTEM KAMERA DENGAN PAN-TILT TRIPOD OTOMATIS UNTUK APLIKASI FOTOGRAFI
Jourdan Septiansyah Efflan NRP. 2209100084 Dosen Pembimbing Ronny Mardiyanto, ST.,MT.,Ph.D. Ir. Djoko Purwanto,M.Eng.,Ph.D.
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2013
SISTEM KAMERA DENGAN PAN-TILT TRIPOD OTOMATIS UNTUK APLIKASI FOTOGRAFI
PAN-TILT CAMERA FOTOGRAFER
TRIPOD
Latar Belakang
Latar Belakang
Samsung Auto Tracking speed dome feature
Rumusan Masalah • Bagaimana image processing pada smartphone Android dapat diimplementasikan pada Pan-Tilt Tripod otomatis ini? • Bagaimana algoritma untuk menentukan posisi wajah yang tepat pada kamera ketika ada seseorang dan/atau sekelompok orang yang ingin berfoto? • Bagaimana mengintegrasikan antara smartphone Android, motor servo, dan unit pemroses pada Pan-Tilt Tripod otomatis ini?
Tujuan • Mengembangkan peralatan otomasi sistem di bidang fotografi. • Membantu mempermudah pihak / fotografer yang ingin mengambil gambar atau berfoto. • Mampu mengimplementasikan pengolahan citra pada sistem operasi Android pada sistem Pan-Tilt Tripod. • Mampu membuat algoritma sistem yang dapat menentukan posisi kamera secara tepat ketika ada seseorang, maupun sekelompok orang berfoto.
Batasan Masalah • Objek Pan-Tilt Tripod adalah wajah manusia dengan tinggi antara 150 hingga 185 cm. • Pan-Tilt Tripod diletakkan dalam posisi tertentu ketika dioperasikan. • Jarak antara Pan-Tilt Tripod dan objek maksimal adalah 2 meter. • Pengambilan foto dilakukan dengan sistem pencahayaan yang mencukupi. • Wajah yang dideteksi maksimal adalah 4 orang.
Tinjauan Pustaka(Face Tracking with a Pan/Tilt Servo Bracket)
Perancangan Sistem Pan-Tilt Tripod Smartphone Android
Shield Pan-Tilt Tripod dan Motor Servo
Kamera Speaker
Display
UI(Touch Sensor)
PROSESOR ARMv7 DUAL-CORE 1,55 Ghz SCORPION
Bluetooth
---Modul Bluetooth HC05
PROSESOR ARDUINO AT MEGA2560
USB
Motor Servo Pan RAM SD/MMC
Motor Servo Tilt
Perancangan Hardware Dudukan Pan-Tilt Tripod
Shield Arduino Pan-Tilt Tripod
Dudukan Pan-Tilt Tripod
Shield Arduino Pan-Tilt Tripod
Perancangan Software Aplikasi Pan-Tilt Tripod pada Android
Software Arduino Pan-Tilt Tripod
Software Arduino Pan-Tilt Tripod No . 1
Karakter ASCII ‘a’
Perintah
2
‘d’
Servo pan bergerak ke kanan
3
‘x’
Servo pan berhenti
4
‘w’
Servo tilt bergerak ke atas
5
‘s’
Servo tilt bergerak ke bawah
6
‘z’
Servo tilt berhenti
7
‘0’
Delay 55 ms
8
‘1’
Delay 50 ms
9
‘2’
Delay 45 ms
10
‘3’
Delay 40 ms
11
‘4’
Delay 35 ms
12
‘5’
Delay 30 ms
14
‘6’
Delay 25 ms
15
‘7’
Delay 20 ms
16
‘8’
Delay 15 ms
17
‘9’
Delay 10 ms
Servo pan bergerak ke kiri
Software Aplikasi Pan-Tilt Tripod pada Smartphone Android
Start
Pairing Bluetooth
Deteksi Wajah
T
Wajah Terdeteksi Y Motor Servo Bergerak Kontroler PID
1. 2. 3. 4. 5.
Pairing Bluetooth Deteksi Wajah Pergerakan Motor Servo Kontroler PID Ambil Gambar
Siap Ambil Gambar
T
Y Ambil Gambar
Y Stop
T Berhenti
Pergerakan Motor Servo
Kontroler PID Kontroler P + Setpoint
+
∑
Error Error
Kontroler I
+
∑ +
-
Proses Pengaturan Kecepatan Pada Motor Servo
Output Output (Posisi (Posisi Wajah Wajah Saat Saat Ini) Ini)
Kontroler D
𝑃𝐼𝐷 = 𝐾𝑝 𝑥 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 + 𝐾𝑖 𝑥 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑙 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 + 𝐾𝑑 ∗ 𝐷𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑠𝑖𝑎𝑙 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑙 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑙 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 + (𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑥 𝑑𝑡) 𝐷𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑠𝑖𝑎𝑙 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = (𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 − 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟𝑛−1 )/𝑑𝑡
𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑃𝐼𝐷 𝑥9 𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑃𝐼𝐷 𝑀𝑎𝑘𝑠 𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑃𝐼𝐷 𝑀𝑎𝑥 = 𝐾𝑝 𝑥 (𝑅𝑒𝑠𝑜𝑙𝑢𝑠𝑖 𝑠𝑢𝑚𝑏𝑢 𝑋 𝑥 𝑘𝑜𝑜𝑟𝑑𝑖𝑛𝑎𝑡 𝑡𝑖𝑡𝑖𝑘 𝑡𝑒𝑛𝑔𝑎ℎ 𝑠𝑢𝑚𝑏𝑢 𝑋 ) 𝐾𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 =
Pergerakan Setelah Implementasi Kontroler PID sumbu PAN
Pergerakan Setelah Implementasi Kontroler PID sumbu PAN dan TILT
Pengambilan Gambar 𝑠 = 𝑥𝑖 − 𝑥
Dimana : 𝑥 = Rata-rata koordinat wajah selama 10 iterasi 𝑠 = Simpangan 𝑥𝑖 = Koordinat saat ini
PENGUJIAN SISTEM Meliputi : • FPS(frame per second) test • Tuning PID test • Rise Time, Overshoot, Steady State, dan Settling Time test • Velocity (face tracking) test
FPS test Rata-rata FPS = 17,22 FPS ≈ 17 FPS
17 FPS = 58 ms
Tuning PID test Pada sisi Pan, didapatkan hasil tuning manual sebagai berikut : Kp = 0.1 Ki = 0.01 Kd = 0.001 Sedangkan tuning manual pada sisi Tilt didapatkan hasil sebagai berikut : Kp = 0.2 Ki = 0.03 Kd = 0.02
Tuning PID PAN
Tuning PID TILT
Rise Time, Overshoot, Steady State, dan Settling Time test Pengujian ini dimaksudkan agar diketahui bagaimana performa dari dalam kontroler PID dengan analisa parameter yang meliputi rise-time, overshoot, steady-state, dan settling time dari nilai Kp, Ki, dan Kd yang telah dipilih untuk mengontrol pergerakan motor servo yang telah dipilih sebelumnya. Dilakukan pengambilan grafik secara terpisah untuk sumbu Pan , dan untuk sumbu Tilt dengan cara kontroler yang sedang mengikuti posisi wajah pertama yang kemudian dihilangkan dan diganti dengan posisi wajah dua yang berada pada koordinat yang berbeda.
Sumbu PAN
Sumbu PAN Steadystate=(262-246)*58 Steadystate= 928 ms Risetime=90%xSteadystate Risetime=90%x928 ms Risetime=835 ms Settlingtime= 2%xSteadystate Settlingtime= 2%x928 ms Settlingtime= 18.56 ms Overshoot tidak terjadi karena pada waktu 928ms, posisi wajah telah berada pada piksel ke 357 dimana piksel tersebut termasuk dari setpoint yakni antara piksel 270 hingga piksel 370.
Sumbu TILT
Sumbu TILT 𝑆𝑡𝑒𝑎𝑑𝑦𝑠𝑡𝑎𝑡𝑒 = 403 − 391 ∗ 58 𝑆𝑡𝑒𝑎𝑑𝑦𝑠𝑡𝑎𝑡𝑒 = 696 ms 𝑅𝑖𝑠𝑒𝑡𝑖𝑚𝑒 = 90%𝑥𝑆𝑡𝑒𝑎𝑑𝑦𝑠𝑡𝑎𝑡𝑒 𝑅𝑖𝑠𝑒𝑡𝑖𝑚𝑒 = 90%𝑥696 𝑚𝑠 𝑅𝑖𝑠𝑒𝑡𝑖𝑚𝑒 = 626 𝑚𝑠 𝑆𝑒𝑡𝑡𝑙𝑖𝑛𝑔𝑡𝑖𝑚𝑒 = 2%𝑥𝑆𝑡𝑒𝑎𝑑𝑦𝑠𝑡𝑎𝑡𝑒 𝑆𝑒𝑡𝑡𝑙𝑖𝑛𝑔𝑡𝑖𝑚𝑒 = 2%𝑥696 ms 𝑆𝑒𝑡𝑡𝑙𝑖𝑛𝑔𝑡𝑖𝑚𝑒 = 13.92 𝑚𝑠
Overshoot juga tidak terjadi pada percobaan ini karena posisi wajah telah berada pada piksel 231 pada sumbu tilt sehingga nilai tersebut termasuk setpoint antara 190 hingga 290.
Velocity of face tracking test
Sumbu PAN Kecepatan Maksimum = 0,7 m/s
Sumbu TILT Kecepatan Maksimum = 0,6 m/s
Kesimpulan Dari hasil pengujian, terlihat bahwa sistem Pan-Tilt Tripod dapat bekerja mengikuti wajah apabila kamera smartphone Android mendapatkan pencahayaan yang cukup, kecepatan rata-rata frame dari kamera berada pada nilai 17 fps, dan kecepatan wajah yang dapat diikuti berkisar pada nilai 0,65 m/s. Nilai tersebut masih sangat terbatas apabila Pan-Tilt Tripod ingin digunakan pada aplikasi lain yang membutuhkan kecepatan tinggi. Parameter seperti overshoot, steady-state, rise-time, dan settling-time menunjukkan kinerja kontroler PID yang telah di tuning sudah memenuhi kriteria Tugas Akhir ini dikarenakan tidak ada overshoot yang terjadi selama pengujian, dan nilai steady state pada sumbu Pan 928 ms, dan pada sumbu Tilt sebesar 696 ms yang mengindikasikan kecepatan kontroler dalam mengontrol Pan-Tilt Tripod.
Saran 1. Agar kedepannya Pan-Tilt Tripod ini digunakan pada kamera smartphone yang memiliki fps yang lebih tinggi lagi sehingga didapatkan sampling rate lebih baik dan peningkatan kinerja kontroler. 2. Pada pendeteksian wajah diberikan penggunaan filter tertentu untuk mereduksi kesalahan dalam pendeteksian wajah sehingga hasil pendeteksian wajah dapat lebih akurat. 3. Penggunaan pencahayaan tambahan ketika Pan-Tilt Tripod digunakan pada ruangan yang pencahayaannya kurang.
Demo
