UJICOBA PENENTUAN UNSUR-UNSUR ORIENTASI DALAM KAMERA DIGITAL NON-METRIK DENGAN METODE PENDEKATAN SEDERHANA STUDI KASUS : Kamera Nikon Coolpix 7900 TUGAS AKHIR Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Oleh : Miim Wijayanti NIM 15102052 Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika FAKULTAS ILMU DAN TEKNOLOGI KEBUMIAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
Lembar Pengesahan Tugas Akhir Sarjana UJICOBA PENENTUAN UNSUR-UNSUR ORIENTASI DALAM KAMERA DIGITAL NON-METRIK DENGAN METODE PENDEKATAN SEDERHANA STUDI KASUS : Kamera Nikon Coolpix 7900 Adalah benar dibuat oleh saya sendiri dan belum pernah dibuat dan diserahkan sebelumnya baik sebagian ataupun seluruhnya, baik oleh saya maupun orang lain, baik di ITB maupun institusi pendidikan lainnya. Bandung, Penulis Miim Wijayanti NIM 15102052 Bandung, Pembimbing Dr. Ir. Bobby Santoso Dipokusumo, M.Sc NIP. 131521844 Mengetahui : Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika Ketua, Dr. Ir. Wedyanto Kuntjoro, M.Sc NIP. 131690328
ABSTRAK Kamera non-metrik memiliki desain kamera yang tidak sempurna, sehingga foto yang diperoleh dari proses perekaman mengalami penyimpangan. Penyimpangan ini menyebabkan penentuan posisi pada foto udara menjadi tidak teliti. Namun karakteristik penyimpangan pada lensa kamera dapat diketahui melalui proses kalibrasi kamera. Kalibrasi kamera dilakukan untuk menentukan parameter internal kamera, parameter internal diperlukan untuk menentukan data foto yang akurat, sehingga penentuan posisi pada foto udara teliti. Dewasa ini banyak dikembangkan teknik-teknik kalibrasi kamera baik yang manual maupun digital, namun ada beberapa metode yang memerlukan peralatan kalibrasi khusus yang tepat dan mahal. Pada tugas akhir ini dilakukan serangkaian ujicoba penentuan parameter kalibrasi kamera (panjang fokus dan parameter distorsi radial lensa) dengan metode yang sederhana sebagai alternatif tambahan dari teknik kalibrasi yang sudah ada. i
ABSTRACT The non-metric camera has imperfect lens design, so the photo from the recording process deviates. This deviation causes the position determination become not thorough. But the deviation characteristic at the camera lens can be discovered through the process of camera calibration. The camera calibration is used to determine the internal camera parameter. The internal camera parameter is needed to determine the accurate photo data, so the position determination of the aerial photography can be precise. Lately, a lot of camera calibration technique has been developed both manually and digitally, but there are several methods that need an exact and expensive specific calibration tools. On this final assignment, a series of the determination of the camera calibration parameter test has been executed (focal length and the parameter of the radial lens distortion) with the simple method as an alternative addition from the exixting calibration technique. ii
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Alloh SWT, berkat rahmat, hidayah dan karunianya penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan tugas akhir ini. Penelitian ini ditujukan untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan pendidikan tingkat sarjana di Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika, Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian. Pada kesempatan ini penulis megucapkan rasa terimakasih dan penghargaan yang sedalam-dalamnya kepada semua pihak yang telah mendukung dan membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini : - Dr. Ir. Bobby Santoso Dipokusumo, M.Sc. sebagai Pembimbing, atas segala saran dan bimbingan selama penelitian berlangsung dan selama penulisan tesis ini, serta atas pinjaman kamera Nikon Coolpix 7900. - Dr. Ir. Wedyanto Kuntjoro, M.Sc sebagai ketua program studi Teknik Geodesi dan Geomatika. - Prof. Dr. Ir. Ishak Ismulloh, DEA, Dr. Ir. Saptomo H Mertotaroeno, M.Sc, Dr. Ir. Agung Budiharto, M.Eng, Dr. Ir. Deni Suwardhi, MT sebagai penguji dalam ujian sarjana, atas segala masukan yang telah diberikan. - Dr. Agustinus Bambang Setyadji selaku dosen wali, atas bimbingannya selama kuliah. - Para Dosen Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika yang telah memberikan pengetahuan selama penulis kuliah di Program Studi Teknik Geodesi ITB. - Seluruh staf dan karyawan program studi Teknik Geodesi dan Geomatika yang telah banyak membantu penulis dalam kegiatan administrasi. - Wahyu Dian Prasongko,ST atas dukungan semangatnya yang ga pernah putus..makasih banyak - Elmo, Zae atas bantuannya dalam teknis pelaksanaan percobaan iii
- Kawan-kawan IMG 2002 atas solidaritasnya. - Rekan-rekan mahasiswa Geodesi ITB yang tidak bisa disebut satu persatu yang telah membantu penulis menyelesaikan tugas akhir ini. Semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan sumbangan bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan memberikan manfaat bagi kita semua. Saran dan kritik membangun sangat penulis harapkan untuk perbaikan dan penyempurnaan Laporan Tugas Akhir ini. Bandung, 25 Juni 2008 Penulis Miim Wijayanti iii
DAFTAR ISI Abstrak..i Abstract.ii Kata Pengantar iii Daftar Isi..v Daftar Gambar...vii Daftar Tabel ix BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang...1 1.2 Ruang Lingkup Masalah..2 1.3 Tujuan Penelitian.3 1.4 Manfaat Penelitian...3 1.5 Batasan Masalah..3 1.6 Metodologi Penelitian..4 1.7 Sistematika Penulisan..7 BAB II DASAR TEORI 2.1 Kamera..8 2.2 Lensa Kamera 10 2.2.1 Karakteristik Lensa 10 2.2.2 Bidang Fokus Lensa...12 2.2.3 Penyimpangan bayangan...13 2.2.3.1 Aberasi Lensa.13 2.2.3.2 Distorsi Lensa 14 2.3 Kalibrasi Kamera...17 2.4 Sensor kamera Digital 19 vi
BAB III UJI KALIBRASI KAMERA 3.1 Spesifikasi Kamera 21 3.2 Ujicoba Penentuan Koreksi Panjang Fokus......21 3.3 Percobaan Penentuan Parameter Distorsi Radial...24 3.4 Ujicoba Kalibrasi Menggunakan Software Australis.31 BAB IV ANALISIS 4.1 Analisis Pengadaan Data 34 4.2 Analisis Pengolahan Data..35 4.3 Analisis Ketelitian Hasil 38 4.4 Analisis Perbandingan...39 BAB V Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan 41 5.2 Saran..41 DAFTAR PUSTAKA.42 DAFTAR REFERENSI......43 LAMPIRAN vi
DAFTAR GAMBAR Gambar 1-1 Diagram alir pelaksanaan penelitian....6 Gambar 2-1 Sifat lensa sesuai prinsip hukum Snellius.....11 Gambar 2-2 Sumbu optik, Jarak fokus, titik pusat dan jari-jari sebuah lensa tipis.11 Gambar 2-3 (a) Pembentukan bayangan dari objek tak terhingga, (b) Pembentukan bayangan dari objek yang jaraknya relatif dekat dengan lensa..12 Gambar 2-4 Aberasi sferis.. 13 Gambar 2-5 Astigmatisme...14 Gambar 2-6 Aberasi Kromatik...14 Gambar 2-7 Foto terdistorsi 16 Gambar 2-8 (a) Gabungan lensa dengan sentering sempurna, (b) gabungan lensa dengan sentering yang tidak sempurna......17 Gambar 2-9 Ukuran-ukuran sensor.....19 Gambar 2-10 Color filter array(cfa).20 Gambar 3-1 Pengukuran jarak pada uji panjang fokus... 22 Gambar 3-2 Perbandingan antara jarak pada CCD dengan jarak pada bidang datar 23 Gambar 3-3 Tahapan ujicoba penentuan parameter distorsi radial lensa...24 Gambar 3-4 Ukuran titik target..24 Gambar 3-5 Penggunaan teodolit untuk penempatan titik target...25 Gambar 3-6 Urutan penomoran titik-titik target pada bidang datar..26 Gambar 3-7 Posisi kamera pada saat pemotretan titik target.26 Gambar 3-8 Titik target hasil digitasi 27 Gambar 3-9 Transformasi koordinat..28 Gambar 3-10 Karakteristik distorsi radial lensa kamera Nikon Coolpix 7900...29 viii
Gambar 3-11 Ilustrasi parameter-parameter untuk menentukan nilai koreksi distorsi radial..30 Gambar 3-12 Deskripsi titik target pada uji kalibrasi kamera menggunakan Software Australis.32 Gambar 3-13 Posisi pemotretan titik target 32 Gambar 3-14 Proses kalibrasi kamera dengan Software Australis 33 Gambar 4-1 Variasi distorsi radial lensa terhadap perbedaan panjang fokus 37 Gambar 4-2 Kurva distorsi radial dan koreksi panjang fokus...37 Gambar 4-3 Perbedaan koreksi distorsi radial akibat perbedaan panjang fokus (fokus ujicoba dan fokus hasil perhitungan dengan software Australis 40 viii
DAFTAR TABEL Tabel 4-1 Panjang fokus dari 2 kali pengamatan....35 Tabel 4-2 Hasil uji statistic....36 Tabel 4-3 Simpangan baku pengamatan panjang fokus.38 Tabel 4-4 Simpangan baku pengamatan koreksi distorsi radial.39 Tabel 4-5 Perbedaan panjang fokus hasil ujicoba dan software Australis.39 Tabel 4-6 Perbedaan parameter distorsi radial hasil ujicoba dan hasil perhitungan dengan software Australis..40 ix