1

TUGAS ASISTENSI CLOSE RANGE PHOTOGRAMMETRY

KALIBRASI KAMERA ANDROID CROSS A7S

PRAKTIKUM KALIBRASI KAMERA

Nama : Sarkawi Jaya Harahap

NRP : 3511100004

JURUSAN TEKNIK GEOMATIKA

FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2015

2

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada jaman yang semakin modern, kebutuhan akan informasi geospasial semakin

meningkat. Begitu juga pada perkembangan dalam memperoleh serta pengolahan data spasial.

Itu juga selaras dengan perkembangan teknologi penginderaan jauh dan SIG yangsemakin maju.

Hal tersebut ditandai dengan perkembangan sensor, pengolahan data serta keragaman dari

aplikasinya. Fotogrametri adalah salah satu aplikasi dari teknologi penginderaan jauh.

Fotogrametri merupakan ilmu, seni dan teknologi untuk memperoleh ukuran terpercaya dari foto

udara (Kiefer, 1993). Fotogrametri dapat didefinisikan sebagai suatu seni, pengetahuan dan

teknologi untuk memperoleh data dan informasi tentang suatu objek serta keadaan disekitarnya

melalui suatu proses pencatatan, pengukuran dan interpretasi bayangan fotografis (hasil

pemotretan).

Dalam fotogrametri , kamera merupakan hal yang sangat krusial dalam data akuisisi foto

udara. Dalam pengambilan data foto udara dengan kamera terdapat kemungkian trjadi kesalahan.

Maka untuk meredukdsi kesalahan tersebut dilakukan kalibrasi kamera agar mendapaot hasil

yang maksimal. Dlama perkembangannya, telah ada beberapa software yang menunjang dalam

pengkoreksian data foto yaitu salah satunya adalah hotoModeler Scanner V6.2.2.596. Oleh

karena itu, dengan mempelajari software ini diharapkan pelaku kegiatan fotogrametri (khususnya

mahasiswa Teknik Geomatika) dapat lebih mudah dalam mengkalibrasi hasil foto tanpa harus

menggunakan cara manual fotogrametri.

Dengan adanya perkembangan dari software yang ada dan pengguna menjadi mudah

dalam mengoreksi data serta mereduksi kesalahan yang ditimbulkan saat data akuisisi dalam

pengerjaan survey dengan metode fotogrametri

1.2 Tujuan

Tujuan dari praktikum ini adalah:

a. Melakukan kalibrasi kamera dengan bantuan foto dan software PhotoModeler.

b. Mengetahui apakah kamera tersebut dapat digunakan untuk keperluan fotogrametri.

1.3 Manfaat

Manfaat dari praktikum ini adalah:

1. Mahasiswa dapat melakukan kalibrasi kamera dengan bantuan foto dan software PhotoModeler.

2. Mahasiswa dapat mengetahui apakah kamera tersebut dapat digunakan untuk keperluan

fotogrametri.

3

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Fotogrametri Digital

Fotogrametri merupakan suatu ilmu dan teknologi yang berkaitan dengan proses

perekaman, pengukuran/pengamatan, dan interpretasi(pengenalan dan identifikasi) suatu kondisi

permukaan bumi serta objek fisik diatasnya yang dapat dipercaya. Produk dari fotogrametri

digunakan oleh berbagai disiplin yang didalam kegiatannya berkaitan dengan lahan/permukaan

bumi.

Seiring dengan perkembangan teknologi digital, sistem fotogrametri telah mengalami

perkembangan dari sistem fotogrametri analitik dan kemudian yang paling baru adalah sistem

fotogrametri digital (softcopy fotogrametri). Perkembangan sisitem fotogrametri berdampak

pada perkembangan alat restitusi yang digunakan dari alat restitusi analog dan analog seperti

analog/analitik stereo plotter dimana proses pekerjaanya dilakukan oleh manusia, berganti

menjadi alat restitusi otomatis dimana proses pekerjaannya dikerjakan secara otomatis

menggunakan komputer.

2.2 Digital Camera

Berdasarkan penggunaannya ada beberapa jenis kamera digital diantaranya kamera digital low-

end, kamera digital midrange dan kamera digital high-end.

a. Kamera Digital low-end

Kamera dengan resolusi kecil, dengan fitur zoom dan lensa zoom

Gambar 1. Kamera Digital low-end

b. Kamera Digital midrange

Kamera digital dengan resolusi tinggi, memiliki lensa zoom yang variatif dan fasilitas

yang lebih lengkap dari kamera digital low-end.

Gambar 2. Kamera Digital midrange

4

c. Kamera Digital high-end

Kamera tipe DSLR dengan resolusi mulai dari 6 mega pixel dan memiliki fasilitas dan

pengaturan yang lebih lengkap.

Gambar 3. Kamera Digital high-end

2.3 Kalibrasi Kamera

Kalibrasi merupakan hal yang sangat penting dalam proses pengukuran secara

fotogrametrik. Kalibrasi dan orientasi kamera yang tepat dibutuhkan dalam mengekstrak data 3

dimensi metric yang presisi. Sebuah kamera dianggap telah dikalibrasi apabila parameter

panjang focus, principal point (xp, yp) dan distorsi lensa (K1,K2,K3,P1,P2) telah diketahui

(Remonindo & Fraser, 2006).

Kalibrasi kamera dapat dilakukan dengan berbagai metode. Secara umum kalibrasi

kamera biasa dilakukan dengan tiga metode, yaitu laboratory calibration, on the job calibration

dan self calibration (Atkinson, 1987). Laboratory calibration dilakukan di laboratorium, terpisah

dengan proses pemotretan objek. Metode yang termasuk di dalamnya antara lain optical

laboratory dan test range calibration. Secara umum metode ini sesuai untuk kamera jenis

metrik. On the job calibration merupakan teknik penentuan parameter kalibrasi lensa dan kamera

dilakukan bersamaan dengan pelaksanaan pemotretan objek. Pada self calibration pengukuran

titik-titik target pada objek pengamatan digunakan sebagai data untuk penentuan titik objek

sekaligus untuk menentukan parameter kalibrasi kamera.

Proses kalibrasi kamera dilakukan dengan mengambil minimal 6 gambar dari sebuah pola

dengan grid tertentu. Gambar tersebut dimasukkan ke dalam perangkat lunak untuk kemudian

diproses secara otomatis untuk menghitung parameter-parameter yang dibutuhkan. Hasil dari

kalibrasi kamera ini dapat disimpan dan digunakan kembali untuk proses-proses selanjutnya

yang menggunakan kamera tersebut.

(Gorski, Kuczko, Wichniarek & Zawadski, 2010)

2.3.1 Parameter Interior X0, Y0, dan Fokus

Dalam berbagai kasus fotogrametri, elemen dari principle point (xo, yo) dan perspektif

distance (panjang fokus) harus ditentukan, hal ini dikarenakan semua sistem persamaan

matematis yang digunakan dalam fotogrametri bergantung dari ketiga parameter ini. Secara

geometris hubungan antara ketiga parameter ini dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

5

Gambar 1. Geometri foto

Posisi principle point (xo, yo) merupakan proyeksi garis lurus dari letak perspective center

ke bidang foto dan jarak dari principle point ke perspective center merupakan panjang fokus (c).

Secara praktis panjang fokus kamera dan letak principle point tidak mutlak berada di tengah-

tengah pusat foto, permasalahan ini disebabkan oleh kurang stabilnya susunan lensa dan CCD

yang berguna untuk merekam bayangan objek pada saat perakitan.

2.2.2. Parameter Distorsi Radial (K1, K2, K3)

Distorsi radial adalah pergeseran linier titik foto dalam arah radial terhadap titik utama

dari posisi idealnya. Distorsi lensa biasa diekspresikan sebagai fungsi polonomial dari jarak

radial (dr) terhadap titik utama foto.

Efek yang terjadi apabila pada kamera memiliki nilai distorsi, maka gambar foto yang

dihasilkan akan berbentuk cembung atau cekung, tergantung dari nilai parameter distorsi radial

bernilai positif atau negatif (Wolf). Efek distorsi radial adalah sekitar 1 sampai 2 piksel di

perbatasan CCD sensor. Dalam kaitannya dengan definisi distorsi radial, ada korelasi besar

antara koefisien distorsi itu sendiri K1, K2, K3 dan antara principle distance. Hubungan antara

distorsi radial dengan principle distance adalah dalam kaitannya sesuai principle distance dengan

deviasi rata-rata akan dihitung menjadi minimum.

2.2.3. Parameter Distorsi Decentring atau tangensial (P1, P2)

Distorsi decentring adalah pergeseran linier titik di foto pada arah normal (tegak lurus)

garis radial melalui titik foto tersebut. Distorsi decentring disebabkan kesalahan sentering

elemen-elemen lensa dalam satu gabungan lensa dimana titik pusat elemen-elemen lensa dalam

gabung lensa tersebut tidak terletak pada satu garis lurus. Pergeseran ini biasa dideskripsikan

dengan 2 persamaan polonomial untuk pergeseran pada arah x (dx) dan y (dy). Efek dari distorsi

decentring ini akan menyebabkan kesan hiperbolik pada foto yang terekam oleh kamera.

2.3. PhotoModeler Scanner

Photomodeler Scanner adalah software fotogrametri yang menyediakan pemodelan

berdasarkan gambar (image) untuk pengukuran yang akurat serta model 3D dalam bidang

x

y

Perspective center

Principal point

(xo,yo)

Object

Image (positive)

o

6

engineering, arsitektur, film, forensik, kebudayaan, dan lain-lain. Photomodeler Scanner

menyediakan utilitas untuk menciptakan pengukuran dan model 3D yang akurat dan berkualitas

tinggi dari kumpulan foto. Proses ini disebut dengan scanning 3D berbasis foto.

PhotoModeler Scanner adalah sebuah scanner 3d yang menyediakan hasil yang serupa

dengan 3s laser scanner. Proses scanning 3d ini menghasilkan point cloud yang padat dari textur

permukaan fotografi dari berbagai ukuran PhotoModeler dasar ditambah kemampuan untuk

melakukan Dense Surface modelling (DSM), scanning 3d dan Smartmatch.

SmartMatch menyediakan pemasangan proyek yang efisien dimana tidak ada target yang

terkode dibutuhkan. Dense Surface Modelling digunakan dalam berbagai aplikasi di mana

sejumlah besar titik-titik 3D diperlukan. Surface yang dimodelkan tersebut memerlukan tekstur

random atau natural. Kebanyakan aplikasi dimana 3d laser scanner bekerja, DSM akan bekerja

juga.

Beberapa aplikasi dari DSM antara lain:

Arkeologi

Arsitektur dan preservasi

Seni/Museum/Kuratorial

Teknik Sipil

Film dan Animasi

Forensik

Teknik Mesin dan Pengukuran bersifat industri

Obat-obatan

Pertambangan, ekskavasi, dan geoteknik

PhotoModeler Scanner mengekspor point cloud 3d dan jaring triangulasi dalam format

berikut: .stl, .ply, .txt, .iv, .facet.

7

BAB III

METODOLOGI DAN PELAKSANAAN

3.1 Alat dan Bahan

1. Software PhotoModeler Scanner V6.2.2.596

2. Kamera Android Cross A7S

3. Grid

4. Selotip

3.2 Waktu dan Tempat Pelaksanaan

Praktikum fotogrametri digital, Kalibrasi Kamera Digital ini dilaksanakan pada:

Hari/Tanggal : Jumat, 21 Maret 2014

Pukul : 15:00 17.00 WIB

Tempat : Laboratorium Geospasial Teknik Geomatik ITS, lantai 3

3.3 Diagram Alir dan Langkah Pelaksanaan

Mulai

Grid

Memotret Grid

Analisa Hasil

Pembuatan Laporan

Selesai

Kalibrasi Kamera dengan Software PhotoModeler Scanner V6.2.2.596

Ya

Tidak

Print out grid kemudian

memposisikannya

8

Adapun langkah tahapan dalam praktikum fotogrametri digital Kalibrasi Kamera Digital ini

adalah:

1. Menyiapkan grid dengan menempelkan grid pada lantai menggunakan selotip

2. Melakukan pengambilan grid menggunakan kamera digital dengan posisi sudut kira-kira 45

derajat dari atas, setiap sisi diambil 3 foto yaitu , posisi horizontal, ratasi 90 derajat ke kanan, dan

rotasi 90 derajat kekiri pada kamera. Jumlah foto yang dihasilkan adalah 12 foto.

3. Melakukan kalibrasi kameradengan menggunakan perangkat lunak (software) aplikasi

PhotoModeler Scanner V6.2.2.596, dengan tahapan sebagai berikut:

a. Buka SoftwarePhotoModelerScanner

b. Pada photomodeler versi 6 ini akan langsung ditampilkan pilihan project. Pilih Camera

Calibration Project. Seperti yang tertera pada gambar berikut.

c. Pada kotak new project wizard, pilih foto yang akan digunakan untuk kalibrasi dengan cara

menentukan lokasi foto pada computer, langkah selanjutnya adalah klikk All Next untuk

tahap selanjutnya.

9

Catatan : jika terdapat pemberitahuan seperti gambar dibawah, menadakan bahwa ada

beberapa rientasi foto yang tidak sama, kita harus menyamakan semua orientasi foto

dengan pilihan Landscape atau Porteait pada semua foto.

d. Kemudian pada jendela akan muncul automatic calibration wizard, klik execute

calibration.

e. kalibrasi secara otomatis sedang berlangsung seperti pada gambar dibawah, tunggu sampai

proses kalibrasi selesei.

10

Jika kita perhatikan gambar diatas terdapat tiga gambar yang tidak terkalibrasi, yaitu pada

gambar 6, 7 dan 8. Penyebab tidak terkalibrasi dengan semmpurna adalah terdapat blur

pada foto atau pencahayaan yang kurang pada saat pemotretan, sehingga kita perlu

melakukan pemotretan ulang untuk hasil yang lebih baik.

f. Untuk melihat hasil kalibrasi klik Show Report

Tidak terseteksi

Terideftifikasi dua titik

11

BAB IV

HASIL DAN ANALISA

4.1 Hasil

4.1.1 Automarking Camera Caliberation

Hasil dari analisa ini diperoleh dari melakukan pengambilan foto pada kertas grid dengan

menggunakan kamera Android Cross A7S kemudian dilakukan kalibrasi kamera menggunakan

software PhotoModeler Scanner V6 dan berikut hasil yang diperoleh

12

4.1.2 Project Status Camera Caliberation Report

Berikut adalah laporan kalibrasi yang terdapat pada software PhotoModeler Scanner V6 :

Status Report Tree

Project Name: *** Project has not yet been saved ***

Problems and Suggestions (1)

Project Problems (1)

Problem: A large percentage of your points are sub-pixel marked so it is assumed you are

striving for a high accuracy result. The largest residual (Point88 - 6.710104) is greater than 1.00

pixels.

Suggestion: In high accuracy projects, strive to get all point residuals under 1.00 pixels. If

you have just a few high residual points, study them on each photo to ensure they are marked and

referenced correctly. If many of your points have high residuals then make sure the camera

stations are solving correctly. Ensure that you are using the best calibrated camera possible.

Remove points that have been manually marked unless you need them.

Problems related to most recent processing (0)

Information from most recent processing

Last Processing Attempt: Thu Mar 26 15:05:45 2015

PhotoModeler Version: 6.2.2.596 - final,full

13

Status: successful

Processing Options

Orientation: off

Global Optimization: on

Calibration: on (full calibration)

Constraints: off

Total Error

Number of Processing Iterations: 4

Number of Processing Stages: 2

First Error: 15.388

Last Error: 15.384

Precisions / Standard Deviations

Camera Calibration Standard Deviations

Camera1: [3.50]

Focal Length

Value: 3.511496 mm

Deviation: Focal: 0.003 mm

Xp - principal point x

Value: 1.764123 mm

Deviation: Xp: 0.005 mm

Yp - principal point y

Value: 1.294823 mm

Deviation: Yp: 0.002 mm

Fw - format width

Value: 3.523043 mm

Deviation: Fw: 0.001 mm

Fh - format height

Value: 2.644499 mm

K1 - radial distortion 1

Value: 4.431e-003

Deviation: K1: 2.9e-004

K2 - radial distortion 2

Value: 0.000e+000

K3 - radial distortion 3

Value: 0.000e+000

P1 - decentering distortion 1

Value: 6.237e-004

Deviation: P1: 1.2e-004

P2 - decentering distortion 2

Value: 0.000e+000

14

Quality

Photographs

Total Number: 12

Bad Photos: 3

Weak Photos: 0

OK Photos: 9

Number Oriented: 9

Number with inverse camera flags set: 0

Cameras

Camera1: [3.50]

Calibration: yes

Number of photos using camera: 12

Average Photo Point Coverage: 81%

Photo Coverage

Number of referenced points outside of the Camera's calibrated coverage: 0

Point Marking Residuals

Overall RMS: 1.926 pixels

Maximum: 6.710 pixels

Point 88 on Photo 8

Minimum: 1.116 pixels

Point 75 on Photo 1

Maximum RMS: 3.877 pixels

Point 88

Minimum RMS: 0.778 pixels

Point 75

Point Tightness

Maximum: 0.0061 m

Point 7

Minimum: 0.0014 m

Point 23

Point Precisions

Overall RMS Vector Length: 0.000785 m

Maximum Vector Length: 0.000875 m

Point 88

Minimum Vector Length: 0.000769 m

Point 13

Maximum X: 0.000438 m

Maximum Y: 0.00046 m

Maximum Z: 0.000616 m

15

Minimum X: 0.000357 m

Minimum Y: 0.000351 m

Minimum Z: 0.000545 m

4.1.4 camera viewer

Hasil dari kamera adalah sebagai berikut :

4.2 Analisa

Berikut adalah analisa dari project camera calibration. Berdasarkan hasil data yang

pertama, yaitu Automarking Camera Caliberation, seharusnya jumlah titik yang tertangkap oleh

kamera adalah 10 kolom x 10 baris, yaitu 100 point, namun dari data yang didapat melebihi 100

point. Kalibrasi kamera dengan sempurna memiliki 4 kontrol point dan 100 titik terdapat pada

foto no : 2, 4, 5, 8, 9, 10, dan 11. Sedangkan foto yang tidak sempurna dengan titik diatas 100

adalah terdapat pada foto : 1, 3, dan 7. Foto yang memiliki titik kontrol dibawah r yaitu terdapat

pada foto no 6, 7, dan 11, sehingga foto tersebut tidak bisa digunakan dalam melakukan kalibrasi

secara otomatis.

Pada saat pengambilan gambar, usahakan agar 100 point pada grid tepat di pojok layar

pada kemera atau jika kalau tidak bisa maka usahakan semua grid tercover dalam pandangan

kamera dan usahakan permukaan kertas grid bersih dari partikel yang mengganggu.

Berdasarkan data yang kedua, Project Status Camera Caliberation Report, total dari area

foto yang tercover dengan titik adalah 81%, sedangkan yang direkomendasikan oleh software

adalah adalah 80%.Panjang focus lensa kamera Cross A7S sebenarnya adalah 4,000 mm

sedangkan kamera yang digunakan panjang fokusnya adalah 3,511496 mm. Ada selisih 0,488504

mm, dengan standar deviasi untuk focal length adalah 0,003 mm.

Jika ditinjau dari qualitas foto yang berjumlah 12, dapat dikatergorikan 3 Bad Photos,

dan 9 Ok Photo. Artinya adalah ada 3 buah foto yang tidak digunakan karena tidak bisa dibaca

oleh software. Data image yang tidak bisa terbaca disebabkan kesalahan pengambilan gambar

seperti sudut yang terlalu luas, kurang pencahayaan, maupun terdapat blur pada foto.

Dari pengamatan, didapatkan beberapa parameter dari kalibrasi kamera, yaitu:

16

Focal Length

Value: 3.511496 mm

Deviation: Focal: 0.003 mm

Xp - principal point x

Value: 1.764123 mm

Deviation: Xp: 0.005 mm

Yp - principal point y

Value: 1.294823 mm

Deviation: Yp: 0.002 mm

Fw - format width

Value: 3.523043 mm

Deviation: Fw: 0.001 mm

Fh - format height

Value: 2.644499 mm

K1 - radial distortion 1

Value: 4.431e-003

Deviation: K1: 2.9e-004

K2 - radial distortion 2

Value: 0.000e+000

K3 - radial distortion 3

Value: 0.000e+000

P1 - decentering distortion 1

Value: 6.237e-004

Deviation: P1: 1.2e-004

P2 - decentering distortion 2

Value: 0.000e+000

Dilihat dari principal point (Xp,Yp), ada nilai deviasi untuk koordinat tersebut, sehingga

ada perubahan posisi terhadap eksposure. Sedangkan jika dilihat dari Presisi titik dapat

disimpulkan sebagai berikut :

Overall RMS Vector Length: 0.000785 m

Maximum Vector Length: 0.000875 m

Point 88

Minimum Vector Length: 0.000769 m

Point 13

Maximum X: 0.000438 m

Maximum Y: 0.00046 m

Maximum Z: 0.000616 m

Minimum X: 0.000357 m

Minimum Y: 0.000351 m

Minimum Z: 0.000545 m

17

BAB V

KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang didapat dari praktikum ini adalah:

Dengan menggunakan kamera Cross A7S, jumlah titik yang tertangkap kamera persis 100

dengan 4 titik kontrol berjumlah 7 buah foto, titik yang teridentifikasi diatas 100 dengan 4

titik kontrol berjumlah 2 buah foto, sedangkan foto yang tidak digunakan berjumlah 2 buah

foto yang disebabkan tidak teridentifikasi dengan baik. Kesalahan terjadi karena sudut

yang terlalu lebar, tedapat blur pada kamera serta kurangnya pencahayaan pada saat

pemotretan.

Berdasarkan Project Status Camera Caliberation Report, total dari area foto yang tercover

dengan titik adalah 81%, sedangkan yang direkomendasikan oleh software adalah adalah

80%.

Panjang focus lensa kamera Cross A7S sebenarnya adalah 4,0000 mm sedangkan kamera

yang digunakan panjang fokusnya adalah 3,511496 mm. Ada selisih 0,488504 mm, dengan

standar deviasi untuk focal length adalah 0,003 mm.

Nilai Principal Poitn hasil kalibrasi Xp 1.764123 mm dengan deviasi 0,005 mm dan Yp

bernilai 1,294823 mm dengan deviasi 0,002 mm.

Adapun parameter distorsi radial K1 bernilai 0,004431 dengan deviasi 0,00029, K2 dan K3

bernilai 0, sedangkan distorsi tangensial P1 benilai 0,0006237 dengan deviasi 0,00012

Nilai Overall RMS Point Residual 1.926 pixel, dan nilai Overal RMS Point Precision

dengan panjang vektor 0,000785 m. Menandakan bahwa hasil foto kamera tidak memiliki

kulitas yang bagus

5.2 Saran

Saran yang dapat dari praktikum ini adalah :

Dalam melakukan kalibrasi kamera hendaknya memperhatikan pencahayaan, serta fokus

kamera yaang stabil pada saat melakukan pemotretan.

18

Lampiran

Hasil Pemotretan