Tugas Sarjana Judul
Program Studi
Metode Pengukuran Jarak Mengunakan Pengolahan Citra Tunggal Berbantuan Laser Pointer. Teknik Mesin
Faqih Akhsani
13102103
Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Bandung Abstrak Dalam perkembangan teknologi penglihatan buatan, pengolahan citra diharapkan mampu menghasilkan data berupa jarak dari sistem ke obyek yang diamati. Metode yang paling populer untuk mencapai tujuan tersebut adalah menggunakan pengolahan citra stereo. Namun pada prakteknya, metode tersebut masih sulit diterapkan secara live. Tugas akhir ini mencoba memberikan alternatif metode lain dengan menggunakan pengolahan citra tunggal berbantuan laser pointer. Untuk dapat mengimplementasikan ide diatas, dibuatlah suatu sistem pengolahan citra yang bisa mengeluarkan output jarak secara live. Hasil pengukuran jarak dari sistem tersebut kemudian dibandingkan dengan suatu alat pengukur jarak yang berupa laser distance sensor, yang sekaligus merupakan laser pointer pada sistem pengolahan citra, sehingga dipastikan bahwa sistem dan alat ukur pembanding menunjuk ke satu titik yang sama. Sistem yang dibuat berhasil mengukur jarak secara live dengan batasanbatasan kondisi tertentu. Namun sistem ini masih memiliki deviasi standar yang besar, sehingga kurang konsisten dalam mengukur jarak. Penelitian ini diharapkan dapat menjadi rujukan untuk pembuatan sistem penglihatan buatan yang mengukur jarak dengan metode serupa di masa mendatang.
Final Project Title
Major
Depth Measurement Method Using Mono Image Processing Aided With Laser Pointer Mechanical Engineering
Faqih Akhsani
13102103
Faculty of Mechanical and Aerospace Technology Institute of Technology Bandung Abstract In machine vision technology development, image processing has been desired to be able to produce data of depth, from system to the inspected object. The most popular method to achieve that aim is by using stereo image processing. However, in practice, the method is still hard to be applied in live mode. This final project tries to give an alternative method by using mono image processing aided by laser pointer. In order to achieve mentioned idea, an image processing system which produces depth output in live mode has been made. Depth outputs from the system then compared with depth outputs from a depth measurement device, which is a laser distance sensor. The laser distance sensor is also act as a laser pointer. Therefore it could be certain that the system and the comparing measurement device are pointing to a same point. The produced system has been able to measure depth in live mode by several conditional limitations. However, the system still has a large amount of standard deviation, thus it not quite consistent in measuring depth. This research hopefully could be used as reference for machine vision system productions which measure depth by similar method in upcoming future.
KATA PENGANTAR Alhamdulillah, puji syukur kehadirat Allah Subhanahu Wata’ala karena atas kemudahan dari-Nya lah tugas akhir ini dapat diselesaikan. Tugas Akhir ini adalah perwujudan mimpi lama penulis yang ingin berkarya di bidang otomasi dan robotika. Dalam pengerjaan tugas akhir ini, ternyata banyak rintangan dan hambatan yang harus penulis lalui, karena memang pada kenyataannya bidang ilmu penglihatan buatan memang cukup baru bagi penulis. Perangkat otomasi seperti mikrokontroller, motor servo, dan encoder pun masih terbilang awam bagi penulis saat memulai mengerjakan tugas akhir ini. Namun sekali lagi, syukur Alhamdulillah penulis diberikan kemudahan oleh-Nya yang salah satunya berupa bantuan, bimbingan, dan dorongan dari orang-orang di sekitar penulis. Untuk itu penulis ingin mengucapkan terima kasih yang setulus-tulusnya kepada: 1. Prof. Dr. Ir. Muljowidodo selaku dosen pembimbing tugas akhir. 2. Seluruh staff pengajar di Program Studi Teknik Mesin ITB atas segala ilmu yang diberikan di perkuliahan. 3. Dr. Ir. Indrawanto selaku kepala Laboratorium Teknik Produksi atas semua kemudahan pemakaian fasilitas laboratorium. 4. Ir. Eddi Satrio, Pak Heru, Pak Eko, dan seluruh staff dan karyawan di Laboratorium Teknik Produksi atas bantuannya dalam pembuatan alat untuk tugas akhir. 5. Kang Cahyadi Setiawan sebagai asisten pembimbing tugas akhir. 6. Mas Tutut Prasetyo untuk pencerahannya. 7. Mas Sapto atas bantuan teknis yang krusial. 8. Mas Al, Mas Kur, Nico, dan semua personil Bamec atas bimbingannya. 9. Budi Arifianto ST., untuk bantuan besarnya dalam membuat alat tugas akhir.
i
10. Ibu, Bapak, Nadya, dan Abib untuk sebuah dukungan mendasar bernama keluarga. 11. Janudin, Kiki, Mario, Aryadi, Igun, Aju, Bojeg, Tatang, Yudha, Tomat, Yeffi, Ikhsan Jambak dan semua teman senior di Laboratorium Teknik Produksi atas sharing ilmu dan pengalamannya. 12. Isy, Gusto, Arip, Topan, Dygda, Riri, Renar, Dimas, Abror, Zacky, Army, Dito, dan semua teman sesama penghuni Laboratorium Teknik Produksi tahun 2008. 13. Semua teman di Departemen Teknik Mesin ITB. 14. Bemby, Dendy, Unggul, Heri, Dugong, Gita, Fajar, dan Bibi untuk rumah yang nyaman dan persahabatan yang tidak terlupakan di tahun terakhir. 15. Juanda, Botak, Rijul, Mas Eka, Fasa, Bang Adrian, Een, dan Eceu untuk persahabatan di 21 A. 16. Semua teman dari Teknik Informatika ITB. 17. Mori Shachou, Izumi Buchou, dan Kang Teguh Sehanudin dari Konan Sekkei atas kejelasan masa depan. 18. Semua kenalan, kerabat, dan sanak saudara lain yang turut membantu, membimbing, ataupun mendorong dalam pelaksanaan tugas akhir ini. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dari tugas akhir ini. Untuk itu penulis terbuka terhadap segala kritik dan saran yang membangun. Besar harapan penulis bahwasannya sedikit dari tugas akhir ini dapat dijadikan acuan untuk pengembangan teknologi otomasi, khususnya di Indonesia tercinta.
Bandung, Juli 2008
Faqih Akhsani
ii
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ............................................................................................. i DAFTAR ISI .......................................................................................................... iii DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. v DAFTAR TABEL ................................................................................................. vii Bab I Pendahuluan .................................................................................................. 1 1.1 Latar Belakang .................................................................................................. 1 1.2 Tujuan Penelitian .............................................................................................. 2 1.3 Batasan Masalah ............................................................................................... 2 1.4 Metode Penelitian ............................................................................................. 2 1.5 Sistematika Pembahasan ................................................................................... 3 Bab II Teori Dasar ................................................................................................... 4 2.1 Representasi Citra ............................................................................................. 4 2.2 Akuisisi Citra .................................................................................................... 7 2.3 Pengolahan Citra ............................................................................................... 7 2.3.1 Thresholding .................................................................................................. 8 2.4.2 Feature Detection........................................................................................... 9 2.4 Pengolahan Citra Untuk Mendapatkan Jarak .................................................. 10 2.4.1 Pengolahan Citra Stereo ............................................................................... 10 2.4.2 Pengolahan Citra Tunggal Berbantuan Laser Pointer ................................. 13 2.5 Laser Distance Sensor / Optical Distance Sensor ........................................... 15 2.6 Motor Servo DC .............................................................................................. 16 2.7 Rotary Encoder ............................................................................................... 17 Bab III Perangkat Pengujian ................................................................................. 20 3.1 Perangkat Keras .............................................................................................. 20 3.1.1 Perangkat Mekanik....................................................................................... 22 3.1.2 Controller Board .......................................................................................... 23 3.2 Perangkat Lunak.............................................................................................. 24 3.2.1 Proses Penghitungan Jarak Melalui Pengolahan Citra ................................. 25 3.2.2 Program Aplikasi Pengukur Jarak................................................................ 30
iii
Bab IV Kalibrasi dan Pengujian............................................................................ 33 4.1 Kalibrasi .......................................................................................................... 33 4.1.1 Kalibrasi mencari nilai T .............................................................................. 33 4.1.2 Kalibrasi mencari nilai konstanta C ............................................................. 35 4.2 Pengujian ......................................................................................................... 36 4.2.1 Pengujian Awal ............................................................................................ 36 4.2.2 Metode Optimalisasi .................................................................................... 39 4.2.3 Pengujian Lanjutan ...................................................................................... 40 4.2.3 Pengujian Mencari Deviasi Standar ............................................................. 44 Bab V Kesimpulan dan Saran ............................................................................... 46 5.1 Kesimpulan ..................................................................................................... 46 5.2 Saran................................................................................................................ 46 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 48 LAMPIRAN-LAMPIRAN.................................................................................... 49 LAMPIRAN-A Spesifikasi Komponen-komponen Alat Pengujian ..................... 49 LAMPIRAN-B Gambar Teknik Perangkat Mekanik ........................................... 53
iv
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Pengkodean kondisi quadrature outputs .............................................. 19 Tabel 4.1 Hasil pengujian mencari nilai T ............................................................ 34 Tabel 4.2 Hasil pengujian mencari deviasi standar ............................................... 44 Tabel A.1 Data teknis kamera CCD ...................................................................... 49 Tabel A.2 Spesifikasi Detail Motor Servo (Hitec HS-322HD)............................. 50 Tabel A.3 Data Teknis Laser Distance Sensor (IFM O1D100) ........................... 51 Tabel A.4 Data Teknis Rotary Encoder (E40H6-1024-3-2-24)............................ 52 Tabel A.5 Spesifikasi Personal Computer ............................................................ 52
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Representasi citra ................................................................................ 4 Gambar 2.2 Representasi sebuah citra digital biner beserta nilai pixelnya ............. 5 Gambar 2.3 Representasi sebuah citra digital grayscale beserta nilai pixelnya ..... 6 Gambar 2.4 Representasi sebuah citra digital berwarna beserta nilai pixelnya ...... 7 Gambar 2.5 Proses akuisisi citra ............................................................................. 7 Gambar 2.6 Contoh operasi thresholding pada citra ............................................... 9 Gambar 2.7 Contoh citra dengan sebuah fitur berupa area putih .......................... 10 Gambar 2.8 Prinsip penglihatan stereo ................................................................. 10 Gambar 2.9 Prinsip penghitungan jarak menggunakan data disparity ................. 11 Gambar 2.10 Contoh metode pencocokan titik pada sistem penglihatan stereo. .. 12 Gambar 2.11 Prinsip penghitungan jarak pada citra tunggal berbantuan laser pointer ................................................................................................................... 13 Gambar 2.12 Cara kerja laser distance sensor O1D100 buatan IFM ................... 15 Gambar 2.13 Komponen-komponen motor servo DC .......................................... 16 Gambar 2.14 PWM pada motor servo .................................................................. 17 Gambar 2.15 Contoh perintah PWM dan outputnya pada motor servo ................ 17 Gambar 2.16 Contoh skema konstruksi bagian dalam incremental rotary encoder ............................................................................................................................... 18 Gambar 2.17 Output sinusoidal dari dua buah photosensor ................................. 18 Gambar 2.18 Quadrature outputs ......................................................................... 19 Gambar 3.1 Diagram aliran informasi dan perintah pada perangkat keras ........... 20 Gambar 3.2 Rancangan tiga dimensi perangkat mekanik ..................................... 22 Gambar 3.3 Perangkat mekanik yang telah dibuat................................................ 23 Gambar 3.4 Controller board yang digunakan ..................................................... 24 Gambar 3.5 DFD level 0 sistem pengolahan citra ................................................ 26 Gambar 3.6 DFD level 1 sistem pengolahan citra ................................................ 27 Gambar 3.7 DFD level 2 sistem pengolahan citra untuk proses nomor 2............. 28 Gambar 3.8 Ilustrasi scanning pixel putih untuk tiap garis ................................... 29 Gambar 3.9 DFD level 2 sistem pengolahan citra untuk proses nomor 3............. 29
v
Gambar 3.10 DFD level 2 sistem pengolahan citra untuk proses nomor 4 .......... 30 Gambar 3.11 Tampilan aplikasi pengukur jarak ................................................... 31 Gambar 4.1 Grafik pengujian mencari nilai skala ................................................ 35 Gambar 4.2 Grafik pengujian awal pada = 10o .................................................. 36 Gambar 4.3 Grafik %error pengujian awal pada = 10o ...................................... 37 Gambar 4.4 Grafik pengujian awal pada = 15o .................................................. 37 Gambar 4.5 Grafik %error pengujian awal pada = 15o ...................................... 38 Gambar 4.6 Grafik pengujian awal pada = 20o .................................................. 38 Gambar 4.7 Grafik %error pengujian awal pada = 20o ...................................... 39 Gambar 4.8 Contoh regresi untuk mencari fungsi F(Z) ........................................ 40 Gambar 4.9 Grafik pengujian pada = 10o .......................................................... 41 Gambar 4.10 Grafik %error pengujian pada = 10o ............................................ 41 Gambar 4.11 Grafik pengujian pada = 12o ........................................................ 42 Gambar 4.12 Grafik %error pengujian pada = 12o ............................................ 42 Gambar 4.13 Grafik pengujian pada = 15o ........................................................ 43 Gambar 4.14 Grafik %error pengujian pada = 15o ............................................ 43
vi
