BAB I PENDAHULUAN I.1.

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Pada era pembangunan dewasa ini, kebutuhan akan informasi mengenai posisi suatu obyek di muka bumi semakin diperlukan. Posisi suatu obyek terkait langsung dengan kualitas penyajian informasi spasial yang umumnya dipresentasikan dalam bentuk peta. Sebagaimana kemajuan di bidang ilmu dan teknologi yang semakin pesat, teknologi pemetaan pun sudah sedemikian berkembang, baik dalam teknik akuisisi data maupun proses pengolahan dan penyajiannya. Alat serta metode akuisisi data dapat dipilih dengan mempertimbangkan berbagai aspek, salah satunya terkait dengan obyek atau daerah yang akan dipetakan. Fotogrametri merupakan salah satu metode akuisisi data untuk mendapatkan informasi ukuran dan bentuk obyek melalui analisis terhadap rekaman gambar pada film atau media elektronik. Metode fotogrametri telah diaplikasikan dan dikembangkan setelah ditemukannya fotografi pada abad ke-18. Aerial photogrammetry atau fotogrametri udara adalah metode fotogrametri yang dilakukan melalui pemotretan udara dan berkembang seiring dengan ditemukannya pesawat yang digunakan sebagai wahana pemotretan. Pada saat itu close range photogrammetry atau fotogrametri jarak dekat mengadaptasi perkembangan fotogrametri udara dengan menggunakan kamera yang sama agar didapat hasil yang sama baiknya. Metode fotogrametri udara menggunakan kamera metrik yang memiliki fixed focus sehingga memiliki fokus yang sama pula jika seandainya akan digunakan untuk kasus non-topografi. Kelebihan yang dimiliki oleh metode fotogrametri jarak dekat terutama adalah tidak memerlukan biaya besar dalam pelaksanaan pengukuran, akuisisi data dapat dilakukan dengan cepat, dapat diaplikasikan untuk mengukur obyek yang tidak dapat dijangkau dan obyek dengan dimensi kecil, serta visualisasi obyek disajikan dalam bentuk foto. Di samping kelebihan yang telah disebutkan, teknik fotogrametri jarak dekat juga tidak lepas dari kekurangan yang dimiliki, antara lain hasil ukuran yang tidak dapat diperoleh secara langsung serta kesalahan yang terjadi pada saat pengambilan dan pemrosesan foto 1

2 2 dapat menyulitkan pekerjaan. Selain itu pengukuran untuk obyek kecil dan sulit dijangkau tidak dapat dilakukan dengan metode fotogrametri udara. Kendala tersebut menjadi keterbatasan bidang fotogrametri untuk aplikasi jarak dekat pada saat itu. Seiring berkembangnya teknologi dan komputerisasi, penggunaan kamera nonmetrik yang relatif murah dapat diterapkan pada metode fotogrametri jarak dekat. Fotogrametri jarak dekat merupakan teknologi fotogrametri untuk memperoleh informasi terpercaya tentang obyek fisik dan lingkungan melalui proses perekaman, pengukuran, dan interpretasi gambaran fotografik dan pola radiasi tenaga elektromagnetik yang terekam dengan kamera. Dalam perekaman tersebut, kamera diletakkan di permukaan bumi (terestris) dengan jarak antara obyek yang diukur dengan kamera tidak lebih dari 100 meter. Hasil dari penelitian sebelumnya dapat diketahui bahwa ketelitian yang didapat dari metode fotogrametri jarak dekat mencapai 1:2000 (Hanifa 2007). Aguilar M.A.,dkk (2004) menyatakan bahwa salah satu aspek yang perlu diperhatikan dalam penerapan metode fotogrametri jarak dekat adalah jarak pengambilan foto dari obyek ke kamera yang akan berpengaruh pada ketelitian data yang dihasilkan. Jarak pengambilan foto dari obyek ke kamera berkaitan dengan resolusi spasial yang akan berpengaruh terhadap ketelitian yang dihasilkan. Selain itu juga memengaruhi besar cakupan obyek dalam foto sehingga jarak menjadi pertimbangan untuk menghasilkan data yang akurat dengan cakupan foto yang optimal. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh jarak terhadap ketelitian hasil pengukuran dengan fotogrametri jarak dekat untuk obyek berdimensi kecil. Penelitian ini diharapkan dapat memberi pertimbangan pada penerapan metode fotogrametri jarak dekat khusunya dalam pemilihan jarak pemotretan sehingga efektivitas hasil dari metode ini dapat ditingkatkan. I.2. Rumusan Masalah Berdasarkan uraian di atas, rumusan masalah yang perlu diketahui adalah seberapa besar pengaruh perubahan jarak pemotretan terhadap ketelitian koordinat hasil pengukuran pada teknik fotogrametri jarak dekat.

3 3 I.3. Tujuan Penelitian Jarak pengambilan foto dari obyek ke kamera akan berpengaruh terhadap cakupan foto. Selain itu Jjarak pengambilan foto juga berkaitan dengan resolusi spasial yang akan berpengaruh terhadap ketelitian yang dihasilkan. Berdasarkan rumusan masalah yang telah dikemukakan, maka penelitian ini bertujuan untuk mengetahui ketelitian koordinat hasil pengukuran fotogrametri jarak dekat terhadap perubahan jarak pemotretan. I.4. Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan pertimbangan dalam penerapan teknik fotogrametri jarak dekat. Ketelitian koordinat dipengaruhi oleh jarak pengambilan foto. Jarak pengambilan foto serta cakupan foto yang optimal diharapkan dapat menghasilkan koordinat titik dengan ketelitian yang tinggi sehingga teknik fotogrametri jarak dekat dapat diterapkan lebih lanjut terkait dengan pengukuran obyek dengan dimensi yang relatif kecil. I.5. Batasan Masalah Ruang lingkup pelaksanaan penelitian ini dibatasi oleh : 1. Pemotretan obyek studi dilakukan dengan menggunakan kamera digital dengan panjang fokus yang sama untuk setiap perubahan jarak pengambilan foto. 2. Target yang digunakan untuk proses kalibrasi merupakan target yang diperoleh dari cetakan calibration grid dari perangkat lunak PhotoModeler Scanner versi Pengambilan foto dilakukan dengan tiga variasi jarak, yaitu 6 meter, 9 meter, dan 12 meter. 4. Pemotretan dilakukan pada keadaan basis yang sama untuk setiap jarak yang berbeda. 5. Pengambilan foto hanya dilakukan pada dua stasiun pemotretan dengan arah pemotretan yang konvergen.

4 4 6. Koordinat yang diperoleh dari pengukuran menggunakan Total Station (TS) tipe reflectorless merupakan ukuran yang diasumsikan benar serta digunakan sebagai titik kontrol dan titik cek (check point) yang akan dibandingkan dengan hasil ukuran pemotretan. I.6. Tinjauan Pustaka Penelitian dengan metode fotogrametri jarak dekat ini dilakukan untuk mengetahui seberapa besar ketelitian koordinat yang dapat dihasilkan. Hasil dari beberapa penelitian sebelumnya menunjukkan ketelitian yang dapat dicapai dari metode ini. Cardenal, dkk (2004) melakukan evaluasi terhadap kamera digital nonmetrik Canon D30 untuk pemodelan bangunan bersejarah. Pemodelan dilakukan dengan memotret bagian atap dan muka bangunan dengan kombinasi konfigurasi kamera yang sejajar (paralel) dan konvergen. Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa terjadi kesalahan sebesar 5-10 mm untuk pemotretan pada jarak obyek ke kamera sebesar 15 m. Hanke (2006) membandingkan tingkat akurasi penentuan posisi tiga dimensi antara kamera metrik WILD P32 dan kamera nonmetrik Ashai Pentax yang diolah dengan menggunakan software Photomodeler 2.1. Penelitian dilakukan dengan membandingkan ketelitian hasil pemotretan dari konfigurasi posisi kamera yang berbeda untuk kamera metrik dan nonmetrik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kamera metrik memiliki ketelitian yang lebih tinggi daripada kamera nonmetrik. Ketelitian kamera metrik dan nonmetrik dipengaruhi oleh konfigurasi posisi kamera tetapi tidak mengakibatkan perubahan ketelitian yang terlalu signifikan untuk kamera nonmetrik, dalam hal ini konfigurasi perbedaan ketinggian pengambilan gambar pada jarak yang sama. Kamera metrik menghasilkan ketelitian rata-rata sebesar 1:6500, sedangkan untuk kamera nonmetrik menghasilkan ketelitian rata-rata sebesar 1:1700. Hanifa (2007) melakukan penelitian dengan menggunakan kamera digital nonmetrik Nikon Coolpix 2200 resolusi 2 megapiksel autofokus untuk melakukan pemantauan deformasi. Sifat kamera autofocus menyebabkan perubahan yang cukup

5 5 signifikan untuk parameter internal kamera terutama pada nilai jarak utama. Oleh karena sifat kamera autofocus, maka penentuan parameter internal kamera dilakukan pada waktu yang sedekat mungkin pada saat pemakaian kamera (self calibration). Hasil dari penelitian tersebut menyatakan bahwa kamera Nikon Coolpix 2200 resolusi 2 megapiksel mampu mendeteksi deformasi sampai 3mm atau 1:2000 dari jarak obyek. Harintaka, dkk (2008) melakukan pemodelan virtual bangunan arkeologi Candi Kelir menggunakan kamera amatir digital dengan panjang fokus 6 mm. Untuk menghasilkan kualitas geometrik, maka dilakukan perbandingan antara jarak titik marking antara model virtual dengan hasil pengukuran langsung. Selisih nilai ukuran terbesar mencapai 0,717 cm dengan nilai rata-rata selisih ukuran sebesar 0,3994 cm. Leitch dan Coon (2012) melakukan pemodelan terhadap tiga struktur yaitu bangunan First United Bank Center, tangga penahan erosi, dan patung koboi Tex Randall menggunakan perangkat lunak Photomodeler. Hasil dari penelitian ini menunjukkan perbedaan ukuran di lapangan dengan hasil pengolahan menggunakan perangkat lunak Photomodeler sebesar 0-2% dari besar ukuran. Perangkat lunak Photomodeler sangat bermanfaat untuk obyek dengan kumpulan titik, garis, dan lekukan yang jelas/ tajam. Jarak merupakan salah satu aspek yang berpengaruh pada tingkat ketelitian yang dihasilkan dengan metode fotogrametri jarak dekat. Penelitian kali ini dilakukan dengan variasi jarak kamera ke obyek untuk membandingkan perbedaan ketelitian yang dihasilkan dengan jarak pemotretan yang berbeda. I.7. Landasan Teori I.7.1. Fotogrametri jarak dekat Fotogrametri dapat diartikan sebagai seni, ilmu, dan teknologi untuk memperoleh informasi yang dapat dipercaya tentang suatu obyek fisik dan keadaan di sekitarnya melalui proses perekaman, pengukuran, dan interpretasi citra fotografis atau rekaman pola radiasi elektromagnetik. Fotogrametri pada dasarnya diklasifikasikan menjadi dua yaitu fotogrametri terestrial dan fotogrametri udara. Fotogrametri terestrial menggunakan kamera yang diletakkan secara terestris,

6 6 sedangkan fotogrametri udara menggunakan wahana berupa pesawat untuk melakukan pemotretan melalui udara (Wolf 2000). Fotogrametri udara pada dasarnya digunakan untuk memetakan daerah topografi, sedangkan fotogrametri terestrial biasa diaplikasikan untuk kasus di luar pemetaan topografi. Fotogrametri nontopografi, fotogrametri jarak dekat, dan spesial fotogrametri dipakai untuk mendeskripsikan aplikasi fotogrametri di luar area pemetaan topografi (ASPRS 1989). Fotogrametri jarak dekat adalah teknologi fotogrametri untuk memperoleh informasi terpercaya tentang obyek fisik dan lingkungan melalui proses perekaman, pengukuran, dan intrepetasi gambaran fotografik dan pola radiasi tenaga elektromagnetik yang terekam dengan kamera yang terletak di permukaan bumi (terestris). Istilah fotogrametri jarak dekat diperkenalkan sebagai suatu teknik fotogrametri dengan jarak antara kamera dengan obyek kurang dari 100 m. (Atkinson 1996 ). Dalam bidang geodesi, metode fotogrametri jarak dekat ini banyak dimanfaatkan karena dapat memberikan informasi jarak, luas, volume. Dari hasil pengukuran dengan metode fotogrametri jarak dekat dapat diperoleh koordinat tiga dimensi dalam sistem foto. Untuk itu agar dapat dibandingkan dengan koordinat yang sebenarnya maka harus dilakukan transformasi ke sistem koordinat tanah. Fotogrametri jarak dekat banyak diaplikasikan dalam berbagai bidang non topografi karena memiliki banyak keunggulan. Aplikasi yang berkembang antara lain dalam bidang arsitektur, arkeologi, forensik, medis, deformasi, industri dan lainnya. Beberapa kelebihan dari fotogrametri jarak dekat adalah: 1. Tidak melakukan kontak langsung terhadap obyek selama pengukuran sehingga dapat digunakan untuk mengukur obyek yang sulit diakses (Thompson 1962 dalam Atkinson 1996). 2. Akuisisi data dapat dilakukan dengan cepat dan dapat digunakan untuk memroses terkait dengan ukuran obyek (Atkinson 1996). 3. Dapat digunakan untuk mengukur obyek yang relatif kecil dan atau tidak beraturan (Thompson 1962 dalam Atkinson 1996). 4. Memiliki nilai yang ekonomis terutama untuk pengukuran obyek yang sifatnya kompleks.

7 7 5. Foto adalah dokumen yang terkait dengan waktu dan dapat disimpan dalam format digital sehingga dapat dipakai jika sewaktu-waktu dibutuhkan. 6. Evaluasi dari foto dapat dilakukan kapanpun di laboratorium. Pengulangan pemotretan dan penambahan selalu bisa dilakukan dan bisa dioptimalkan menurut permintaan pengguna (Trieb,dkk 2004). Namun di samping kelebihan, juga ada beberapa kelemahan dari fotogrametri jarak dekat, yaitu (Leitch 2002 dalam Hanifa 2007): 1. Hasil ukuran tidak dapat diperoleh secara langsung. 2. Membutuhkan teknik yang kompleks dan kurang praktis jika diaplikasikan untuk analisis yang relatif kecil (Trieb, dkk 2004). 3. Teknik fotogrametri akan terbatas pada area cakupannya, sehingga ada kemungkinan tidak mencakup seluruh area yang akan difoto (Trieb, dkk 2004). 4. Kebutuhan akan spesialisasi dan peralatan pendukung yang mahal dapat membuat harga operasionalnya menjadi tinggi dalam implementasi (Trieb, dkk 2004). 5. Kesalahan yang terjadi pada saat pengambilan dan pemrosesan foto dapat mempengaruhi ketelitian hasil. Pada prinsipnya metode fotogrametri dilakukan dengan melakukan pengambilan gambar di sekitar/ sekeliling obyek yang akan dipotret dengan posisi kamera yang konvergen (Atkinson 1996). Terdapat empat langkah utama pada proses fotogrametri, yaitu (1) pemasangan titik kontrol sebagai koordinat referensi, (2) perencanaan dan pelaksanaan pemotretan, (3) pemrosesan foto, (4) pendefinisian titik koordinat meggunakan foto (Hilton 1985 dalam ASCE 2003). Sebelum dilakukan pengambilan gambar, perlu pemasangan premark. Premark ini menyebar pada permukaan obyek yang akan dipotret sehingga dapat terlihat di foto yang satu dan lainnya. Titik-titik ini akan dipakai untuk proses referencing. Titik premark diukur koordinatnya dengan menggunakan TS yang akan digunakan sebagai titik kontrol dan sebagai data koordinat pembanding dari koordinat hasil pengolahan foto.

8 8 SISI 8 SISI 3 SISI 7 SISI 4 SISI 2 SISI 5 SISI 1 SISI 6 Gambar I.1 Posisi pengambilan gambar obyek dengan teknik fotogrametri jarak dekat. I.7.2. Fotogrametri digital Era digital semakin meluas sejak teknologi komputerisasi mengalami perkembangan yang cepat. Teknologi telah mengubah sistem analog menjadi digital dalam banyak bidang terutama untuk aplikasi fotogrametri jarak dekat dan satelit fotogrametri. Pekerjaan yang fleksibel dan ekonomis menjadi unsur utama keterlibatan sistem digital dalam aplikasi fotogrametri jarak dekat. Beberapa keuntungan menggunakan foto digital (Atkinson 1996): 1. Foto digital dapat ditampilkan dan diolah menggunakan komputer (tidak perlu alat optis ataupun mekanis). 2. Sistem pengolahannya stabil dan tidak memerlukan kalibrasi. 3. Penajaman gambar dapat dilakukan. 4. Automatisasi dapat dilakukan. Penggunaan kamera digital erat kaitannya dalam perkembangan era digital dan keekonomisannya untuk aplikasi fotogrametri jarak dekat. Kamera digital merupakan salah satu jenis kamera non-metrik yang sering digunakan untuk berbagai kepentingan. Kamera digital mamiliki komponen utama yang terdiri atas lensa, sensor, dan media penyimpanan. Kamera ini memiliki karakteristik desain yang berbeda dengan kamera analog. Perbedaan utamanya ialah pada media film seluloid yang diganti oleh sensor optik elektrik seperti Charge Couple Device (CCD) atau Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS). CCD berfungsi mengubah

9 9 photon yang jatuh mengenai permukaan sensor menjadi elektron yang selanjutnya elektron ini diakumulasikan ke dalam kapasitor dan diubah menjadi bentuk sinyal elektronik. CCD memiliki keunggulan di mana sensor lebih peka terhadap cahaya sehingga pada kondisi redup tanpa bantuan flash masih bisa menangkap obyek dengan baik. Semakin banyak piksel yang terdapat di dalam sensor, maka resolusinya semakin tinggi. Konsekuensi yang ditimbulkan ialah media penyimpanannya memerlukan kapasitas yang lebih besar (Suharsana 1997). Kamera digital juga dilengkapi dengan Liquid Crystal Display (LCD), yaitu layar monitor mini yang digunakan untuk melihat secara langsung hasil pemotretan yang dilakukan. Adanya LCD ini dapat membantu pengguna untuk memilih dan mengatur menu secara interaktif, serta apabila hasil pemotretan kualitasnya kurang baik, maka dapat langsung dihapus, kemudian dilakukan pemotretan ulang. Terdapat sebuah istilah yang dikenal dengan nama ppi (pixel per inch) pada kamera digital. Ppi menunjukkan jumlah piksel per inchi linear dalam sebuah foto. Resolusi foto tidak dapat dipisahkan dengan ppi. Semakin besar ppi maka jumlah piksel per satuan inchinya semakin banyak, sehingga obyek pada foto akan semakin jelas atau resolusi fotonya baik (Ikawati 2012). I.7.3. Geometri kamera Geometri foto tunggal. Pemotretan pada pekerjaan fotogrametri dilakukan dengan merekam bayangan obyek yang terbentuk di bidang bayangan dalam suatu media. Media yang dipergunakan dalam pemotretan adalah film fotografik yang terbuat dari bahan kaca atau film. Pada kamera digital, lembar film atau film digantikan oleh plat sensor fotosensitif seperti sensor tipe solid state seperti CCD (Charge Couple Device). Ketika pengambilan foto dilakukan, berkas sinar dari obyek akan merambat menyerupai garis lurus menuju ke pusat lensa kamera hingga berkas sinar ini mencapai bidang proyeksi. Keadaan dimana titik obyek pada dunia nyata (real world), titik pusat (fokus), dan titik obyek pada bidang foto terletak satu garis dalam suatu ruang dinamakan kondisi kesegarisan berkas sinar atau kondisi kolinearitas (collinearity condition). Proyeksi sentral digunakan pada saat perekaman, di mana garis-garis proyeksi dari obyek dengan koordinat ruang P (X p, Y p, Z p ) ke bidang proyeksi melalui suatu titik pusat proyeksi X o, Y o, Z o sehingga

10 10 terbentuk posisi obyek pada sistem koordinat foto (x p, y p, -c) seperti yang ditunjukkan pada Gambar I.2 berikut. Bidang proyeksi y p (x o, y o ) x Sistem koordinat foto (x p, y p,-c) c y Pusat kamera ( X o, Y o, Z o ) z x P (X P, Y P, Z P ) Z Y X Sistem koordinat ruang Gambar I.2. Kondisi kolinear atau prinsip kesegarisan (Sumber: Atkinson, 1996) Keterangan: Xo, Yo, Zo = titik pusat kamera x p, y p, -c = koordinat titik P pada sistem koordinat foto X P, Y P, Z P = koordinat titik P pada sistem koordinat tanah Di dalam ASPRS (1989) dijelaskan bahwa proyeksi sentral pada fotografi berbeda dengan proyeksi ortografi di mana proyeksi ortografi menunjukkan skala yang konstan di sepanjang garis proyeksinya, sedangkan pada fotografi menunjukkan skala yang berbeda pada setiap titik yang diproyeksikan. Skala suatu titik yang mendekati pusat proyeksi pada proyeksi sentral akan lebih besar daripada skala suatu titik yang jauh dari pusat proyeksi. Variasi skala pada foto menyebabkan kekurangtelitian pengukuran pada satu foto. Semakin besar variasi jarak obyek ke lensa kamera, semakin besar pula variasi skala yang disajikan. Hal tersebut menyebabkan kemungkinan terjadinya relief displacement atau pergeseran relief. Besarnya pergeseran relief bergantung pada jarak titik pada foto ke pusat proyeksi. Semakin jauh dari pusat proyeksi, semakain besar kemungkinan terjadinya pergeseran relief Geometri dua buah foto. Menurut Leitch (2000) dalam Hanifa (2007), untuk mendapatkan posisi obyek pada dunia nyata, diperlukan berkas sinar obyek dari foto lainnya, dimana kedua berkas tersebut akan berpotongan pada obyek yang

11 11 sama di dunia nyata. Perpotongan dari kedua berkas sinar inilah yang dinamakan dengan interseksi spasial. Jika elemen orientasi luar dari dua buah kamera dengan pusat perspektif di O 1 dan O 2 diketahui, maka perpotongan sinar garis dari foto satu dan foto dua akan dapat menentukan posisi koordinat suatu obyek A yang terekam dalam kedua foto tersebut (Atkinson 1996) (Gambar 1.3). Gambar I.3. Ilustrasi interseksi dua buah foto (Sumber: Harintaka, 2012) Pusat perspektif kamera dari setiap foto harus diketahui untuk dapat menentukan posisi dari titik obyek relatif terhadap sistem koordinat kamera. I.7.4. Kalibrasi kamera Kamera fotogrametri tidak mempunyai lensa yang sempurna, sehingga proses perekaman yang dilakukan akan memiliki kesalahan. Oleh karena itu perlu dilakukan pengkalibrasian kamera untuk dapat menentukan besarnya penyimpanganpenyimpangan yang terjadi. Kalibrasi adalah kegiatan untuk memastikan hubungan antara harga-harga yang ditunjukkan oleh suatu alat ukur dengan harga yang sebenarnya dari besaran yang diukur. Kalibrasi kamera dilakukan untuk menentukan parameter distorsi, meliputi distorsi radial dan distorsi tangensial, serta parameterparameter lensa lainnya, termasuk juga panjang titik utama (c), serta titik pusat fidusial foto. Model kalibrasi terdiri dari element interior orientasi (x o, y o, c), koefisien distorsi lensa (K 1, K 2, K 3, P 1, and P 2 ). Distorsi lensa dapat menyebabkan bergesernya titik pada foto dari posisi yang sebenarnya, sehingga memberikan

12 12 ketelitian pengukuran yang tidak baik, namun tidak mempengaruhi kualitas ketajaman citra yang dihasilkan (Fraser 1997 dalam Hanifa 2007). Ilustrasi akibat adanya distorsi lensa dapat dilihat seperti pada Gambar I.4. Gambar I.4. Ilustrasi akibat adanya distorsi lensa dan tidak ortogonalnya sumbu (affine deformation) (Sumber: Hanifa, 2007) Kalibrasi kamera dilakukan untuk menentukan besarnya distorsi pada lensa. Kalibrasi kamera dapat dilakukan dengan beberapa metode, yaitu (Stensaas 2007 dalam Ikawati 2012) : 1. Laboratory calibration Merupakan kalibrasi yang dilakukan di laboratorium dan terpisah dengan pemotretan obyek. Metode ini cocok digunakan untuk kalibrasi kamera metrik. Metode ini terbagi menjadi dua jenis, yaitu optical laboratory calibration dan test range calibration. 2. In field calibration Metode kalibrasi in field calibration menggunakan target dan parameter kalibrasi kamera dihitung menggunakan prinsip bundle adjustment, plumb line, atau Direct Linear transform (DLT) 3. Self calbration Kalibrasi pada saat pemotretan dikenal dengan self calibration, yakni mengkalibrasi kamera sekaligus pada obyek amat dan data diambil bersamaan dengan data observasi. Pada self calibration pengukuran titik-

13 13 titik target pada obyek pengamatan digunakan sebagai data untuk penentuan titik obyek sekaligus untuk menentukan parameter kalibrasi kamera. Kalibrasi kamera yang dilakukan pada penelitian ini menggunakan metode in field calibration dengan menggunakan target cetakan calibration grid berupa titik-titik target dengan empat buah titik kontrol. I.7.5. Perangkat lunak PhotoModeler Scanner PhotoModeler Scanner adalah aplikasi perangkat lunak (software) yang dibuat oleh Eos System Inc yang tergabung dalam Windows Corporation (Setyadi 1998). Perangkat lunak ini digunakan untuk menghasilkan ukuran dan model 3D yang akurat dari pengukuran dengan fotografi yang telah diubah menjadi format digital. Proses tersebut dinamakan dengan photo-based 3D scanning. Proses ini menghasilkan titik-titik pada model permukaan/ dense surface modelling (DSM) yang disebut dengan point cloud. Untuk dapat membentuk model 3D pada PhotoModeler Scanner perlu dilakukan beberapa langkah pekerjaan di mulai dari orientasi dalam, marking (penandaan), referencing dan processing (PhotoModeler Scanner Help) Orientasi dalam. Photomodeler mencakup fungsi kalibrasi kamera untuk memberi informasi tentang parameter internal kamera. Parameter internal kamera tersebut meliputi panjang titik utama, distorsi lensa, aspek format rasio, dan posisi titik utama. Principal distance atau panjang titik utama merupakan jarak dari titik proyeksi perspektif sentral ke bidang proyeksi foto (Atkinson 1996). Panjang fokus sering diartikan sama dengan principal distance. Kalibrasi panjang fokus merupakan hasil dari distribusi rata-rata distorsi radial (ASP 1989). Distorsi lensa pada PhotoModeler mencakup distorsi radial dan distorsi tangensial. Distorsi radial adalah pergeseran linier titik foto dalam arah radial terhadap titik utama dari posisi idealnya ( ASP 1980 dalam Hanifa 2007). Distorsi radial diekspresikan sebagai fungsi polinomial dari jarak radial terhadap titik utama foto (Atkinson 1996) sebagai berikut : δr = K 1 r 3 + K 2 r 5 + K 3 r 7... (I.1)

14 14 Di mana δr merupakan radial displacement dengan K adalah konstanta dan r 2 = (xx o ) 2 + (y-y o ) 2 Distorsi tangensial adalah pergeseran linier titik di foto pada arah normal (tegak lurus) garis radial melalui titik foto tersebut (ASP 1980 dalam Hanifa 2007). Distorsi tangensial disebabkan karena kesalahan sentering elemen lensa dalam satu gabungan di mana titik pusat elemen lensa dalam gabungan lensa tersebut tidak terletak dalam satu garis lurus (Atkinson 1996). Pergeseran ini dideskripsikan dengan 2 persamaan yaitu untuk pergeseran ke arah x dan ke arah y : = P 1 [r ( x x o ) 2 ] + 2 P 2 ( x x o ) (y y o )... (I.2) = P 1 [r ( y y o ) 2 ] + 2 P 2 ( x x o ) (y y o )... (I.3) Kalibrasi kamera pada PhotoModeler Scanner dilakukan untuk memberikan hasil ukuran yang akurat. Kamera kalibrator dalam PhotoModeler Scanner mampu menyimpan informasi tambahan untuk membantu mengukur kualitas hasil kalibrasi. Keseluruhan RMS Residual dan Maksimum Residual memberikan umpan balik yang berguna tentang keberhasilan kalibrasi dan sangat berguna ketika membandingkan dua kalibrasi dari kamera yang sama. Semakin kecil nilai RMS Residual maka semakin baik pula kualitas hasil kalibrasi. Langkah yang harus dilakukan untuk memulai proses kalibrasi kamera adalah dengan memasukkan minimal 6 foto hasil pemotretan terhadap calibration grid yang dilakukan pada sisi pemotretan yang berbeda. Proses kalibrasi kamera pada penelitian ini menggunakan Automatic Camera Calibration. Kalibrasi akan berjalan secara otomatis di mana software akan mengidentifikasi dan menandai empat coded targets 8 bit pada masing-masing foto. Setelah itu software akan mengestimasi panjang fokus kamera, menentukan orientasi dan melakukan referencing secara otomatis. Hasil dari proses kalibrasi kamera akan menghasilkan parameter internal kamera Marking. Marking merupakan proses penandaan obyek pada foto. Penandaan obyek pada foto dapat berupa titik, kurva, silinder, maupun penandaan bagian tepi obyek. Penelitian ini menggunakan penandaan obyek berupa titik terhadap titik target yang tampak pada foto. Proses marking dimaksudkan untuk memudahkan melakukan proses selanjutnya yaitu referencing.

15 15 Penandaan titik pada PhotoModeler Scanner dapat dilakukan secara otomatis yaitu dengan Automatic Target Marking. Penandaan titik dengan Automatic Target Marking dapat memberikan ketelitian yang tinggi berupa sub-piksel Referencing. Referencing adalah proses untuk menghubungkan titik yang sama pada sepasang foto atau lebih. Dalam project yang melibatkan beberapa titik dan foto, referencing adalah langkah yang diperlukan untuk memastikan project akan memproses dengan benar dan untuk memastikan obyek akan menampilkan posisi 3D. Proses referencing dilakukan minimal pada 6 titik agar foto dapat terorientasi dengan baik Processing. Processing dilakukan untuk mengolah foto agar menghasilkan model 3D. Tahap processing pada PhotoModeler Scanner melalui dua tahap yaitu audit dan adjustment. Audit digunakan untuk memeriksa kualitas dari keseluruhan foto agar terbentuk model 3D yang baik. Pada tahap adjustment, PhotoModeler Scanner akan menjalankan sejumlah algoritma untuk menghasilkan model 3D dan meminimalisasi kesalahan agar terbentuk model 3D yang teliti. Koordinat foto dari suatu obyek diperoleh dari persamaan kolinear seperti yang ditunjukkan pada Persamaan 1.4 dan Persamaan 1.5 dengan 6 parameter orientasi luar yaitu parameter rotasi ω, φ, κ dan koordinat X o, Y o, Z o serta parameter orientasi dalam c, x o, y o dan minimal 3 titik koordinat tanah X, Y, Z diketahui (Atkinson 1996). Persamaan ini merupakan persamaan dasar yang digunakan untuk proses adjustment. = [ ( ) ( ) ( )] [ ( ) ( ) ( )]... (I.4) = [ ( ) ( ) ( )] [ ( ) ( ) ( )]... (I.5) Dengan c merupakan principal distance/ panjang titik utama, dan merupakan elemen dari matriks rotasi [R]. Adapun bentuk matriks rotasi ditunjukkan pada persamaan (I.6): cos cos sin sin cos + cos sin cos sin cos + sin sin = cos cos sin sin cos + cos sin cos sin cos + sin sin sin sin cos cos cos (I.6)

16 16 Adjustment merupakan suatu bagian penting dalam fotogrametri jarak dekat yang digunakan sebagai proses penentuan atau perhitungan parameter orientasi dalam/ interior orientation (IO), orientasi luar/ exterior orientation (EO) yaitu ω, φ, κ, X o, Y o, Z o, dan koordinat obyek yang dihitung secara bersamaan dengan menggunakan teknik hitung kuadrat terkecil (Tjahjadi 2008 dalam Pantimena 2011). Proses perhitungan bundle adjustment akan menghasilkan tingkat pengukuran dengan akurasi tinggi (Shirkhani et al dalam Pantimena 2011) Ketelitian PhotoModeler Scanner. PhotoModeler Scanner dapat menghasilkan model 3D yang akurat dalam waktu yang relatif singkat. Keakuratan tersebut juga dipengaruhi oleh faktor terkait pengukuran yang dilakukan. Perangkat lunak ini mensyaratkan beberapa hal agar diperoleh hasil pengolahan yang akurat, yaitu : 1. Sudut pemotretan diusahakan mendekati besar sudut 90 agar kesalahan posisi titik relatif lebih kecil. Stasiun 1 Stasiun 2 Lokasi titik yang benar Lokasi titik yang salah Sinar yang salah dari stasiun 1 Sinar yang benar dari stasiun 2 Sinar yang benar dari stasiun1 Gambar 1.5. Lokasi kesalahan titik pada posisi kamera yang baik.

17 17 Stasiun 2 Stasiun 1 Lokasi titik yang benar Lokasi titik yang salah Sinar yang salah dari stasiun 1 Sinar yang benar dari stasiun 1 Gambar 1.6. Lokasi kesalahan titik pada posisi kamera yang kurang baik. Gambar 1.5 dan Gambar 1.6 menunjukkan bahwa kesalahan titik yang terjadi pada posisi kamera yang mendekati 90 lebih kecil daripada kesalahan titik pada posisi kamera dengan sudut pemotretan yang kecil. 2. Usahakan mengambil minimal 3 foto dari suatu obyek pada tiga stasiun pemotretan yang berbeda. Hal ini dimaksudkan agar seluruh bagian obyek dapat tercakup dan apabila posisi titik pada salah satu foto salah, maka dua foto lain dapat mengkompensasi posisi yang benar. 3. Usahakan mendapatkan overlap sebesar mungkin agar terdapat banyak titik yang sama pada masing-masing foto sehingga dapat dilakukan proses referensi. Stasiun 4 Stasiun 3 Stasiun 1 Tembok penghalang objek Stasiun 4 Gambar 1.7. Posisi kamera untuk obyek yang terhalang sebagian.

18 18 Beberapa langkah harus dilakukan untuk menyelesaikan project menggunakan perangkat lunak PhotoModeler Scanner, yaitu kamera yang digunakan untuk memotret harus dikalibrasi terlebih dahulu agar parameter internal kamera dapat ditentukan. Kemudian pemotretan terhadap obyek dilakukan dengan memastikan tiap foto memperoleh cakupan obyek yang cukup dan banyak overlap. Photomodeler kemudian akan mengorientasikan dan mereferensikan setiap foto sebelum model 3D dibuat. Penyekalaan dapat dilakukan terhadap model dan dapat diekspor ke AutoCAD, Google earth, 3D studio, dan aplikasi berbasis 3D yang lainnya (Eos system 2010 dalam Leitch 2012). Kualitas akurasi project dalam PhotoModeler Scanner ditentukan oleh beberapa hal (PhotoModeler 6 Help), yaitu : 1. Kualitas kalibrasi kamera. Kalibrasi digunakan untuk menentukan parameter orientasi dalam kamera sehingga pemrosesan foto yang melibatkan kalibrasi kamera akan memberikan akurasi hasil yang lebih tinggi. 2. Resolusi kamera. Semakin besar resolusi piksel kamera, semakin tinggi akurasi yang akan diperoleh. Hal tersebut berhubungan dengan resolusi spasial yang akan dihasilkan, karena semakin tinggi resolusi spasial maka semakin presisi pula proses penandaan titik pada foto. 3. Geometri posisi kamera. Selama melakukan proses, PhotoModeler Scanner akan memperhitungkan posisi dan sudut kamera pada setiap foto atau disebut dengan orientasi. Kualitas orientasi akan menentukan ketelitian dari posisi titik pada foto. 4. Presisi penandaan titik. Presisi penandaan titik juga menjadi salah satu indikator dalam penentuan kualitas project. Kesalahan dalam penandaan titik akan memengaruhi keseluruhan akurasi titik sehingga perlu dilakukan eliminasi terhadap kesalahan penandaan titik yang terlalu besar. PhotoModeler Scanner merekomendasikan keseluruhan project memiliki nilai kesalahan penandaan titik di bawah 10 piksel serta 3 piksel untuk project yang disertai dengan proses kalibrasi kamera.

19 19 I.7.6. Hasil pemodelan tiga dimensi Secara teoritis, perhitungan ketelitian dari pengukuran tiga dimensi pada foto stereo berkaitan dengan skala dan panjang basis foto (Cramer 2006 dalam Lee 2008) dirumuskan sebagai berikut : S x = S y = m x S p x... (I.7) S z = m x x S p x... (I.8) Penjelasan persamaan di atas adalah : S x, S y, S z = ketelitian x, y, z S p m b H = ketelitian pengukuran dalam koordinat foto = faktor skala = panjang basis = jarak kamera ke obyek Persamaan di atas secara teoritis hanya dipertimbangkan untuk ketelitian foto stereo dari dua buah foto. Untuk saat ini perhitungan dengan menggunakan bundle adjustment lebih dipertimbangkan karena memberikan ketelitian yang lebih baik. Ketelitian perhitungan bundle adjustment tidak hanya tergantung dari skala dan panjang basis sehingga secara teoritis ketelitian dari persamaan di atas merupakan sebagian kecil dari penentuan ketelitian hasil pengukuran. I.7.7. Ketelitian koordinat tiga dimensi Selisih koordinat hasil pengukuran total station (TS) yang diasumsikan sebagai koordinat sebenarnya dengan hasil pengolahan foto dapat dihitung dengan menggunakan persamaan matematis sebagai berikut: dx i = X TSi X fotoi dy i = Y TSi Y fotoi dz i = Z TSi Z fotoi... (I.9) Ketelitian koordinat titik target dapat dihitung dengan menggunakan persamaan seperti berikut: RMSe X = ( )

20 20 RMSe Y = ( ) RMSe Z = ( )... (I.10) 1.8. Hipotesis Ketelitian koordinat titik hasil pengolahan foto akan berbanding terbalik terhadap jarak pengambilan foto. Semakin dekat jarak pengambilan foto maka ketelitian koordinat titik akan semakin bertambah.