Rima Zuriah Amdani, Ardi Rahman, Eka Pratiwi, Purwowibowo

Transkripsi

1 INTISARI Rima Zuriah Amdani, Ardi Rahman, Eka Pratiwi, Purwowibowo Pusat Penelitian Metrologi LIPI Kompleks PUSPIPTEK Gedung 420, Setu, Tangerang Selatan, Optical telah banyak digunakan di ranah industri maupun metrologi. Pusat Penelitian Metrologi LIPI sebagai Lembaga Metrologi Nasional memiliki peran penting dalam ketertelusuran standar nasional dengan penyediaan layanan jasa kalibrasi. Persentase jumlah kalibrasi optical pada Laboratorium Panjang selama tiga tahun lebih dari 10% dari total jumlah order. Kebutuhan kalibrasi yang besar tersebut membutuhkan sistem kalibrasi yang handal dan cepat. Sebaliknya, sistem kalibrasi di Laboratorium Panjang masih banyak terdapat faktor human error. Oleh karena itu dilakukan perbaikan sistem dengan berbasis pengolahan citra. Penelitian ini diawali dengan konsen pada studi tentang pengaturan kamera pada deteksi tepi citra frinji. Beberapa citra frinji ditangkap dengan menggunakan dua pengaturan kamera mode BW (mode hitam putih) dan RGB (mode warna). Hasil citra frinji tersebut diproses dengan program deteksi tepi citra yang dibangun dalam Matlab. Hasil deteksi kedua citra tersebut kemudian dibandingkan. Sebagai tambahan, tinjauan umum mengenai uji coba pengambilan gambar citra frinji dengan variasi parameter ISO, aperture dan shutter time juga ditampilkan. Pada hasil penelitian diperoleh bahwa pengaturan pada mode kamera BW (hitam putih) memberikan hasil deteksi tepi citra frinji yang lebih baik dibandingkan dengan mode RGB. Selain itu diperoleh gambaran secara umum mengenai pengaturan kamera pada ISO 100, aperture f/5, dan shutter time 13s yang memberikan hasil yang baik dalam deteksi tepi citra frinji. Kata Kunci : frinji, deteksi tepi, mode kamera, shutter time, aperture, ISO ABSTRACT Optical has widely used in industry and metrology areas. Research Center for Metrology Indonesian Institute of Sciences (RCM LIPI) as a National Metrology Institute has a role in dissemination of standard by providing calibration service. Percentages of optical calibration order in Length Laboratory RCM LIPI for three years are over than 10% of the total amount order. The large requirement needs reliable and fast calibration system. Otherwise, the calibration system in Length laboratory has large human error factor. It is suggested an improvement in calibration system based image processing. This research begins with study the camera setting on fringe edge detection. Fringe images are captured with two different camera modes BW (black white mode) and RGB (color mode). The images result are processed by edge detection build in matlab then compared. It is also presented the overview of a series trial images captured using variation of parameter ISO, aperture and shutter time. It is obtained that setting on camera BW mode give a good result in edge detection compared to RGB mode. It is also give an overview of setting camera on ISO 100, aperture f/5, and shutter time 13s for presenting a good result in fringe edge detection. Keywords : fringe, edge detection, camera mode, ISO, aperture, shutter time

2 1. PENDAHULUAN Optical telah banyak digunakan dalam berbagai aplikasi pengukuran di industri maupun metrologi. Jenis optical yang umum digunakan berupa optical flat dan optical parallel. Perbedaan dari kedua jenis optical tersebut yaitu pada optical flat hanya menjamin kerataan dari muka ukur, tetapi tidak menjamin keparallelan dari muka ukur. Aplikasi optical di industri misalnya untuk mengecek kerataan pada bagian-bagian mesin seperti bearing atau seal. Pada bidang metrologi, optical digunakan sebagai standar untuk mengukur kerataan optical sejenis dan untuk mengukur kerataan permukaan pada gauge block. Pusat Penelitian Metrologi LIPI sebagai Lembaga Metrologi Nasional memiliki peran penting dalam ketertelusuran pengukuran standar nasional. Salah satu bentuk diseminasi ketertelusuran yaitu dalam bentuk layanan kepada masyarakat melalui jasa kalibrasi. Kebutuhan kalibrasi optical (flat maupun parallel) tergolong cukup banyak di laboratorium dimensi. Berdasarkan data order kalibrasi dalam 3 tahun terakhir, persentase order optical diatas 10% dari total order yang dikerjakan di laboratorium dimensi. Persentase order kalibrasi optical pada tahun 2013, 2014 dan 2015 yaitu sebesar 10,6%, 29,6% dan 15%. Sistem pengukuran kerataan optical pada Laboratorium Dimensi Puslit Metrologi- LIPI ditunjukkaan oleh Gambar 1. Gambar 1. Sistem Pengukuran Kerataan Sistem pengukuran kerataan di laboratorium dimensi yaitu berdasarkan fenomena interferensi yang dihasilkan dari kontak langsung antara optical tes dengan optical standar dengan bantuan sinar hijau monochromatic lamp. Optical tes ditempatkan di atas optical standar kemudian disinari dengan menggunakan monochromatic lamp.

3 Penyinaran tersebut menyebabkan terjadinya peristiwa interferensi yang menghasilkan pola frinji. Hasil pola frinji yang terbentuk menggambarkan kerataan dari optical tes. Pada sistem pengukuran tersebut masih banyak terdapat faktor human error. Pembacaan pola frinji masih manual oleh mata. Selain itu, pengukuran jarak frinji masih menggunakan mistar yang resolusinya 0,5 mm. Terdapat beberapa sumber kesalahan pengukuran frinji dari segi penglihatan. Keterbatasan pengamat dalam melihat skala mistar pada posisi yang tidak tegak lurus (paralaks) akan mengakibatkan kesalahan dalam pembacaan pola frinji. Kesalahan bisa disebabkan pula karena peletakkan mistar yang kurang tepat. Posisi bayangan frinji yang tidak tegak lurus terhadap skala mistar bisa menyebabkan pengukuran yang tidak tepat. Selain itu. penentuan garis tepi frinji masih bersifat subjektif dari pengamat karena kemampuan penglihatan tiap personel yang berbeda. Belum ada standar khusus untuk menentukan kriteria batas suatu tepi garis. Mengingat besarnya kebutuhan kalibrasi optical dan keterbatasan sistem yang ada sekarang, maka diperlukan sistem kalibrasi optical yang reliable dan cepat. Rencana perubahan dalam sistem tersebut dilakukan dengan menggantikan pembacaan frinji yang semula oleh mata dengan kamera. Pemasangan kamera tersebut membutuhkan holder untuk mengatur posisi kamera yang tepat dalam menangkap gambar frinji. Selain itu holder berfungsi agar pengambilan gambar berada dalam kondisi statis. Kamera dihubungkan dengan controlled button agar pengambilan gambar bisa dilakukan oleh personel pada jarak yang tidak terlalu dekat dengan objek ukur. Kamera dihubungkan dengan komputer untuk menyimpan gambar yang tertangkap. Untuk mencegah panas radiasi pada sistem pengukuran,akan dibuat chamber. Ruang dalam chamber dibuat gelap agar terhindar dari pengaruh cahaya ruangan yang bisa menjadi gangguan dalam menangkap gambar frinji. Ilustrasi rancangan sistem tersebut ditunjukkan dalam Gambar 2.

4 Chamber Gambar 2. Rancangan Sistem Pengukuran Kerataan Berbasis Pengolahan Citra Sebelum membuat sistem pengukuran kerataan berbasis pengolahan citra, pada penelitian ini dilakukan studi awal mengenai mode pengaturan kamera. Pengambilan gambar frinji yang tepat oleh kamera akan menentukan kebenaran dari hasil ukur. Oleh karena itu dilakukan serangkaian uji coba pengambilan gambar frinji dengan pengaturan mode BW dan RGB untuk diketahui mode kamera yang menghasilkan gambar frinji dengan deteksi tepi terbaik. Selain itu pengambilan gambar frinji pada penelitian ini juga sekilas diujicobakan dengan variasi pengaturan ISO, aperture dan shutter time pada kamera DSLR. Pemilihan ketiga parameter ini dikarenakan parameter tersebut mempengaruhi pengambilan gambar pada ruangan dengan sedikit pencahayaan. Diharapkan dengan adanya studi tersebut akan mampu memberi gambaran untuk menentukan pengaturan kamera yang tepat dalam pengukuran kerataan optical. 2. TEORI DASAR Optical flat merupakan peralatan optik yang terbuat dari kaca hasil leburan material silika, zerodur atau safir yang dipoles dengan tingkat kerataan tertentu. Optical flat biasa digunakan untuk mengevaluasi akurasi dari permukaan datar [1]. Interferensi cahaya terjadi karena adanya interaksi dua atau lebih gelombang dengan panjang gelombang yang sama sehingga membentuk pola gelap terang. Cahaya monokromatik yang dikenakan pada suatu permukaan lapisan tipis dapat menunjukkan fenomena interferensi karena ada beda fasa antara berkas cahaya yang langsung dipantulkan (berkas 1, BE) dengan cahaya yang mengalami pembiasan terlebih dahulu (berkas 2, CF). Perbedaan fasa antara berkas 1 dan 2 disebabkan adanya beda panjang lintasan yang ditempuh dan juga karena pembalikan fasa saat gelombang dipantulkan

5 oleh medium yang lebih rapat. Ilustrasi terjadinya peristiwa interferensi ditunjukkan pada Gambar 3 [2]. Gambar 3. Interferensi Cahaya Pola gelap terang hasil interferensi dari cahaya monokromatik yang mengenai optical standard dan optical tes dapat ditunjukkan pada Gambar 4. Gambar 4. Pola gelap terang hasil interferensi [3] Nilai kerataan pada sebuah optical tes dapat dihitung dari pola frinji yang terbentuk. Perhitungan nilai kerataan tersebut dituliskan dalam persamaan 1. [4]....1 dimana : F = Nilai kerataan dari optical b = jarak penyimpangan frinji a = jarak antar frinji = Panjang gelombang dari sinar monochromatic lamp (cahaya hijau = 546,3 nm) Berdasarkan rumus tersebut, untuk mendapatkan keraataan diperlukan informasi mengenai jarak a dan b. Ilustrasi jarak a dan b pada pola frinji ditunjukkan Gambar 5.

6 A (Jarak antar Frinji) B (Deviasi Frinji) Gambar 5. Jarak Pola Frinji [5] Kamera DSLR semakin banyak digunakan untuk keperluan fotografi. Kamera DSLR dilengkapi dengan sensor CMOS memiliki beberapa keungulan diantaranya ringan dan tahan terhadap radiasi. Keunggulan tersebut memungkinkan kamera DSLR digunakan sebagai instrument alternatif selain CCD untuk keperluan ilmiah [6] Pengolahan citra adalah pemrosesan sebuah citra dengan menggunakan komputer yang bertujuan untuk mendapatkan informasi dari sebuah citra. Salah satu bagian dari proses pengolahan citra yaitu segmentasi citra. Segmentasi citra merupakan proses mempartisi citra menjadi beberapa area. Beberapa pendekatan dalam proses segmentasi citra yaitu pendekatan deteksi tepi, deteksi wilayah dan deteksi hybrid. Metode deteksi tepi yang umum digunakan yaitu metode Roberts, Prewitt, Sobel dan Canny. Diantara keempat metode tersebut, metode canny memberikan hasil deteksi tepi citra yang terbaik [7]. Bagian terpenting sebelum melakukan pengolahan citra adalah mendapatkan citra yang tepat sehingga dapat diperoleh informasi benar dalam citra tersebut. Ada beberapa faktor yang perlu diperhatikan dalam mendapatkan kualitas citra yang baik diantaranya adalah pengaturan kamera agar mendapatkan citra sesuai dengan yang diharapkan. Tiga hal pokok pengaturan pada kamera untuk mendapatkan citra gelap terang yang ideal yaitu pengaturan aperture, shutter time dan ISO. Aperture adalah bukaan lensa dimana cahaya masuk. Penamaan pengaturan untuk aperture terbalik dengan besarnya bukaan. Semakin besar bukaan berarti angka semakin kecil. Contoh urutan setting dari bukaan dari besar ke kecil yaitu (f/1, f/2, f/4, f/8, f/16 dst). Shutter time adalah durasi kamera membuka sensor untuk menyerap cahaya. Durasi bervariasi dari 1/4000 detik sampai 30

7 detik. ISO adalah ukuran sensitifitas sensor terhadap cahaya. Ukuran dimulai dari 100, 400 atau ISO ukuran kecil berarti sensitifitas terhadap cahaya rendah, dan sebaliknya untuk ISO ukuran besar. ISO dengan angka besar akan menurunkan kualitas gambar karena akan menyebabkan noise pada sebuah citra [8]. 3. METODE PENELITIAN Metode yang digunakan dalam penelitian ini yaitu dengan melakukan uji coba pengambilan serangkaian citra frinji dengan dua mode pengaturan kamera BW dan RGB. Selain itu pengambilan citra juga dilakukan dengan mencoba variasi pengaturan pada kamera yang berupa pengaturan aperture, shutter time dan ISO. Selanjutnya, beberapa sampel citra yang telah diambil dideteksi tepi dengan metode Canny pada matlab. Analisis kelurusan garis dari hasil deteksi tepi masih dilakukan secara kualitatif dengan mengamati secara visual. Hasil analisis tersebut digunakan untuk mendapatkan pengaturan kamera antara mode BW atau RGB yang mampu dalam mendeteksi tepi citra. Peralatan yang digunakan dalam penelitian berupa optical flat diameter 2 inc sebagai optical tes dan optical flat diameter 75 mm sebagai standar. Kedua optical terbuat dari bahan silika. Kamera yang digunakan yaitu Nikon D3200. Adapun tahapan penelitian ditunjukkan dengan diagram alir pada Gambar 6.

8 Gambar 6. Diagram Alir Tahapan Penelitian Uji Coba Pengambilan Gambar Tahap awal dalam perbaikan sistem adalah mencoba menggantikan pembacaan frinji dengan kamera. Pengambilan gambar oleh kamera yang tepat akan menghasilkan citra yang sesuai untuk mendapatkan hasil ukur yang benar. Oleh karena itu diperlukan uji coba pengambilan gambar frinji dengan variasi pengaturan kamera. Adapun pengaturan pada kamera yang digunakan dalam penelitian ini yaitu : 1. Mode Citra Warna dan Citra Hitam Putih Uji coba pertama dengan mengambil citra mode warna (RGB) dan hitam putih (BW). Uji coba ini dilakukan untuk mengetahui mode pengambilan citra RGB atau BW

9 yang bisa dideteksi tepi secara otomatis dengan menggunakan program yang dibangun dalam Matlab. 2. Pengaturan ISO Pengaturan ISO divariasikan sekilas dari ISO terkecil 100 ke iso terbesar Parameter yang dibuat tetap adalah mode kamera dalam BW, aperture diatur pada f/5 dan shutter time Aperture Pada pengujian dengan pengaturan aperture, variabel yang dibuat tetap antara lain mode kamera dalam BW, ISO kamera 100 dan shutter time 4. Aperture divariasikan dari f/2.8 sampai f/ Shutter Time Pada pengujian dengan pengaturan shutter time, variabel tetap dalam variasi shutter time yaitu mode BW, aperture f/5, dan ISO 100. Shutter time divariasikan dari 0.62s sampai 13s Pengolahan Citra Citra frinji yang ditangkap kamera diproses dengan menggunakan program yang dibangun dalam perangkat lunak Matlab. Terdapat beberapa tahapan pengolahan citra yang dilakukan pada citra frinji. Citra dicuplik pada area yang diinginkan kemudian diubah menjadi citra negatif (hitam putih) selanjutnya dideteksi tepi. Citra yang sudah dicuplik diubah menjadi citra negatif agar perbedaan antara area gelap dan terang mencolok sehingga didapatkan garis tepi dari citra yang jelas. Adapun rancangan program yang digunakan dalam mendeteksi tepian citra dijabarkan sebagai berikut :

10 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Warna merah pada kolom tabel mengindikasikan pengaturan pada kamera yang tidak direkomendasikan. Tabel 1. Perbandingan Citra RGB dan Citra BW Pada Tabel 1 beberapa sampel pengambilan citra mode RGB dan BW dibandingkan satu sama lain. Terlihat bahwa citra mode BW lebih mudah dideteksi tepi secara otomatis dengan menggunakan program yang telah dibuat pada matlab. Pada pengaturan aperture f/2.8 dan shutter time 3s, tampak garis-garis frinji mode RGB tidak mampu dideteksi oleh program. Begitu pula untuk pengaturan aperture f/5 garis-garis citra friji mode RGB belum mampu menghasilkan deteksi tepi yang baik. Pengambilan sampel citra selanjutnya diatur pada mode BW.

11 Tabel 2. Hasil Deteksi Tepi Variasi Pengaturan ISO Pada Tabel 2 memperlihatkan hasil deteksi tepi sampel-sampel citra dengan variasi pengaturan ISO dari yang terendah yaitu ISO 100 ke ISO tertinggi yaitu Terlihat pada Tabel 1 pengaturan aperture f/5 secara visual tampak lebih baik dari pengaturan aperture f/2.8 untuk shutter time 3 sehingga aperture f/5 diuji cobakan sebagai variable terikat untuk variasi ISO. Hasil deteksi garis menunjukkan untuk pengaturan ISO yang tinggi menghasilkan garis citra yang secara visual tampak sangat tebal. Deteksi garis yang dihasilkan belum mampu membuat satu berkas garis utuh. Pada pengaturan ISO 100 tampak ada beberapa area yang sudah berupa garis tipis, oleh karena itu pengaturan pengambilan sampel selanjutnya difokuskan pada ISO 100

12 Tabel 3. Hasil Deteksi Tepi Variasi Aperture Uji pengambilan citra dengan variasi aperture menggunakan shutter time 4s sebagai variable terikat. Ini dikarenakan pada uji coba dengan shutter time 1.6s (dari percobaan pada mode RGB dan BW) masih menghasilkan garis yang tebal. Pada Tabel 3 terlihat untuk variasi aperture f/13 menghasilkan garis yang sangat tebal sehingga tidak direkomendasikan untuk diajadikan acuan pengaturan pengambilan gambar. Pada tabel, tampak pengaturan aperture f/5 cukup membentuk tepian garis yang tipis pada area tertentu meskipun masih belum tampak jelas membentuk garis yang lurus. Pengambilan sampel berikutnya akan difokuskan pada pengaturan aperture f/5

13 Tabel 4. Hasil Deteksi Tepi Variasi Shutter Time Pada Tabel 4, memperlihatkan garis-garis yang terbentuk secara visual sudah tampak membentuk garis lurus dan tipis dibandingkan dengan sampel-sampel sebelumnya. Semakin tinggi shutter time semakin menghasilkan garis tepi yang tipis. 5. KESIMPULAN Pada percobaan yang dilakukan dalam penelitian ini didapatkan hasil bahwa dengan program yang telah dibangun pada matlab, pengambilan citra frinji dengan pengaturan kamera mode BW mampu menghasilkan deteksi tepi citra yang lebih baik dibandingkan mode RGB. Pengaturan ini mampu diaplikasikan baik untuk jenis optical flat maupun parallel untuk berbagai jenis ukuran karena pada sampel citra yang berbedabeda. Didapatkan pula hasil deteksi tepian garis optimal dengan pengaturan kamera pada ISO 100, Aperture f/5 dan shutter time 10s sampai 13s. Adapun perbaikan yang diperlukan untuk penelitian selanjutnya yaitu pengambilan gambar dengan variasi posisi kamera yang tetap agar diketahui perpaduan posisi dan pengaturan aperture, shutter time, dan ISO yang tepat pada kamera.

14 6. UCAPAN TERIMAKASIH Terimakasih kepada rekan-rekan Laboratorium Panjang Puslit Metrologi LIPI atas kerjasama dalam membangun terwujudnya penelitian ini serta manajemen Puslit Metologi yang membantu memfasilitasi pengadaan penelitian ini. 7. DAFTAR PUSTAKA [1] Optical Flat Manual Edmund Optics [2] Dave Cochrane. How Flat Is Flat. Industrial Research Limited. New Zealand [3] Kalpakjian Chapter 35 Engineering Metrology And Instrumentation Schmid Manufacturing Engineering AndTechnology. Prentice Hall. US [4] Eka Pratiwi Pengukuran Kerataan Permukaan Optical Flat Menggunakan Lampu Monochromatic dan Gauge Block Comparator. PPI KIM 37 Hal [5] Diakses 20 April 2016 [6] Iman Firmansyah, Rhorom Priyatikanto, Dan Judhistira Aria Utama Fotometri Pleiades Menggunakan Kamera DSLR Spektra: Jurnal Fisika Dan Aplikasinya, Vol. 16, No. 3 [7] Raman Maini & Dr. Himanshu Aggarwal. Study And Comparison Of Various Image Edge Detection Techniques. International Journal Of Image Processing (IJIP), Volume (3) : Issue (1) [8] Ence Tjin Kamera DSLR Itu Mudah. Jakarta. Bukunè HASIL DISKUSI 1. Penanya : Veny (P2 Metrologi LIPI) Pertanyaan : Apakah ketebalan frinji berpengaruh terhadap pengukuran? Mengapa tidak pakai CCD kamera? Jawaban : 1. Iya. Ketebalan frinji yang terbentuk mempengaruhi perubahan jarak frinji dimana jarak frinji tersebut mempengaruhi perhitungan nilai kerataan 2. Sudah dilakukan uji coba dengan menggunakan CCD kamera dan hasilnya citra frinji tidak tertangkap oleh kamera karena CCD kamera kurang sesuai digunakan untuk pengukuran pada ruangan dengan pencahayaan kurang (gelap)