APLIKASI CLOSE RANGE PHOTOGRAMMETRY UNTUK PERHITUNGAN VOLUME OBJEK

APLIKASI CLOSE RANGE PHOTOGRAMMETRY UNTUK PERHITUNGAN VOLUME OBJEK

Oleh :Sarkawi Jaya Harahap

3511 1000 04

Dosen Pembimbing :Hepi Hapsari Handayani, S.T, Ms.C

Jurusan Teknik GeomatikaFakultas Teknik Sipil Dan PerencanaanInstitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya,  21 Januari 2016

LATAR BELAKANGVOLUMEuntuk Aplikasi Surveying, studierosi, estimasi pembuatan suatumaterial, bahan tambang

METODE KONVENSIONALPada umumnya menggunakan metode Terestris, dan mengakibatkan banyak biaya dan waktu

METODE ALTERNATIFClose Range Photogrammetridengan memanfaatkan Kamera Digital dapat dilakukan untuk pemodelan suatu objek

3D MODEL3D Model dapat dibentuk secaraotomatis dengan prinsip imagematching

Rumusan MasalahBagaimana hasil kalibrasi kamera non‐metriksecara otomatis (image matching) dan kalibrasikamera analitik menggunakan perhitunganBundle Adjustment Laboratory Calibration.

Bagaimana hasil bentuk 3D Model Objek.

Bagaimana analisa hasil volume CRP dibandingakan dengan volume metode pita ukur.

Batasan MasalahObjek yang digunakan berbentuk kotak

Metode kalibrasi : Metode Laboratorium perhitungan Bundle Andjustment Laboratory Caliration

Menggunakan kamera digital

Metode Grid untuk perhitungan Volume, dan bangun ruang untuk pita ukur

visualisasi 3D Model dan perhitungan volume

Lokasi dan Objek PenelitianAdapun Lokasi dan Objek Penelitian ini adalah : 

Mobil Listrik ITS

Bidang Kalibrasi Grid (Kalibrasi

Otomatis)

Pemotretan Objek kalibrasi

Foto Bidang kalibrasi

Reseksi Spasial(Image Matching)

EOP Kamera(XL, YL, ZL,

Omega,Phi, Kappa)

Bundle Adjustment Self Calibration

RMSE < 1 Piksel

IOP Kamera(c, Xp, Yp, K1, K2,

K3, P1 dan P2)

Kalibrasi Kamera Otomatis

Ya

Tidak

Kalibrasi Kamera AnalitikFoto Bidang kalibrasi Pemotretan Objek

kalibrasi

Bidang Kalibrasi Grid (Kalibrasi

Otomatis)

Pengukuran GCP Pita Ukur

KoordinatGCP

Ekstraksi piksel foto titik GCP

Koordinat piksel titik GCP

Koordinat piksel titik GCP

Transformasi Koordinat Piksel Ke

Koordinat mm

Spesifikasi Kamera D3000

KoordinatFoto (mm)

Reseksi Spasial

EOP Kamera(XL, YL, ZL,

Omega,Phi, Kappa)

Bundle Adjustment Self Calibration

RMSE < 1 mm

IOP Kamera(c, Xp, Yp, K1, K2,

K3, P1 dan P2)

Tidak

Ya

Pengolahan Data CRP

Pengolahan Data CRP (lanjutan)A

Point Cloud

Pembuatan Digital Elevation Modellling

(DEM)

Data DEM, dan Perhitungan

Volume

Analisa Ketelitianuji Statistika

Point Cloud

Pembuatan Digital Elevation Modellling

(DEM)

Data DEM, dan Perhitungan

Volume

B

Hasil dan Analisa kalibrasi Kamera Otomatis

IOPValue (mm)

Standar Deviasi

Focal Length 24.215994 0.003

Xp 11.968157 0.003

Yp 7.884483 0.004K1 1.31E‐04 1.80E‐06K2 1.80E‐06 1.00E‐08K3 0 0P1 1.69E‐05 1.80E‐06P2 ‐7.54E‐06 2.00E‐06

Quality Parameter Value

Photographs Total Number 12Number OF Oriented 12

KameraNumber of photo using camera 12

Average photo point coverage 79%

Point Marking Residual

Overall RMS 0.272 pixels

Maximum (Point 5 on photo 12) 1.317 pixels

Minimum (Point 19 on photo 7) 0.202 pixels

Maximum RMS (Point 9) 0.107 piksel

Minimum RMS (point 74) 0.107 pixel

Point TightnessMaximum (point 78) 0.00083 m

Minimum (point 61) 0.00016 m

Point Precision

Overal RMS Vector Leght 8.83e-005 m

Maximum Vector Length (point 86) 0.000113 m

Minimum Vector Length (point 89) 8.53e-005 m

Toleransi minimal 80 %Dan 1 Piksel

Hasil dan Analisa kalibrasi Kamera Analitik

• Panjang fokus kamera 24 mm• Titik GCP berjumlah 16 titik• Kalibrasi Kamera menggunakan 5 foto

Titik X Y Z1 1525 0 2002 1525 0 8003 1525 0 14004 1525 0 20005 2635 0 20006 2635 0 14007 2635 0 8008 2635 0 2009 3740 0 20010 3740 0 80011 3740 0 140012 3740 0 200013 4865 0 200014 4865 0 140015 4865 0 80016 4865 0 200

IOP Nilaif 24.3582

Xp -0.5349Yp -0.2369K1 0.0003K2 -2.239E-06K3 8.200E-09P1 0.0005P2 0.0001

Tabel Selisih IterasiIOP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12X0 -4.169800000 -0.983500000 -3.211600000 1.376200000 7.150100000 -0.332700000 -0.173500000 -0.022700000 0.011500000 -0.004100000 0.003000000 -0.001000000Y0 0.002900000 -0.004800000 0.000935490 -0.001200000 0.002000000 0.000060122 0.000004128 -0.000107660 0.000012084 -0.000024194 0.000003448 -0.000006054F -0.000038401 0.000038964 -0.000000408 0.000002529 -0.000000476 -0.000002130 -0.000000436 0.000002257 -0.000000249 0.000000529 -0.000000072 0.000000133

K1 0.000000170 -0.000000167 -0.000000002 0.000000000 -0.000000003 0.000000007 0.000000003 -0.000000013 0.000000001 -0.000000003 0.000000000 -0.000000001K2 0.000149070 0.015500000 -0.006300000 -0.005000000 -0.009000000 0.004300000 -0.000157030 -0.000035262 0.000037543 -0.000005961 0.000009629 -0.000001708K3 -0.000186160 0.007400000 -0.004600000 -0.000909720 -0.002400000 0.000543350 0.000020048 0.000008184 -0.000001796 0.000001461 -0.000000489 0.000000374P1 -0.083700000 -0.251800000 0.155000000 0.409500000 -0.189200000 -0.050100000 0.011700000 -0.000321380 -0.000158630 -0.000038408 -0.000037878 -0.000010585P2 0.004000000 -0.329400000 0.196400000 0.228600000 -0.083200000 -0.010400000 -0.005500000 0.000422390 -0.000024329 0.000011080 -0.000009055 0.000002670

• Proses Bundle Adjustment Self Calibration• Menggunakan pemograman Matlab• 5 Foto• 12 kali iterasi

Nilai Konstan

Distorsi Radial

Kesalahan radial dapat diketahui darip erhitungan koefisien distorsi radial (K1, K2 dan K3) dengan jarak radial dengan mengikuti deret aritmatika 

Jika nilai kesalahan radial < 1 maka maka lensa kamera mengalami distorsi cembung. Sedangkan nilai kesalahan radial > 1, maka lensa kamera mengalami distorsi cekung

sehingga dapat dikatakan lensa kamera SLR D3000 mengalai distorsi cembung.

TitikTengah

X Y

1 ‐0.13613 ‐0.0717

2 ‐0.12124 ‐0.01927

3 ‐0.12486 0.026158

4 ‐0.14488 0.083515

5 ‐0.02293 0.041318

6 ‐0.00902 0.005952

7 ‐0.0076 ‐0.00373

8 ‐0.01956 ‐0.03202

9 0.023377 ‐0.03373

10 0.010822 ‐0.00459

11 0.011866 0.00698

12 0.026876 0.043259

13 0.154445 0.085653

14 0.132826 0.027109

15 0.130227 ‐0.01913

16 0.14459 ‐0.07211

Reprojection Error

Selain daripada distorsi lensa kamera, analisa kesalahan dari reprojection error juga perlu dilakukandengan menghitung Roor Mean Square Error (RMSE). Masing-masing foto dihitumg RMSE dengan caramnegkuadratkan reprojection error, jumlah hasil kuadrat reprojection error tersebut dibagi sebanyakjumlah titik GCP utntuk mencari rerat reprojection error. Kemdian hasil tersebut diakarkan untuk mencariRMSE. Tabel tersebut memiliki nilai RMSE < 1 mm pada koordinat X maupun koordinat Y, dimana nilaiRMSE terkecil memiliki nilai 0.0838 mm dan terbesar memiliki nilai 0.134 mm sehingga hasil ini dapatdigunakan untuk melakukan georeferencing foto pada keperluan CRP.

FotoRMSE

X Y

Atas Kiri 0.100222 0.045999

Atas Kanan 0.083881 0.054074

Tengah 0.13411 0.053529

Bawah Kanan 0.084237 0.049768

Bawah Kiri 0.128714 0.051276

Titik Tengah

X Y

1 ‐0.0104064 ‐0.0192651

2 ‐0.0092147 0.0009858

3 ‐0.0162333 0.0201058

4 ‐0.0314067 0.0575355

5 ‐0.0022407 0.0367983

6 0.0027802 0.0029414

7 0.0050798 0.0012852

8 0.0039466 ‐0.0125773

9 0.0441693 ‐0.0396197

10 0.0253324 ‐0.0070316

11 0.0290645 0.0147687

12 0.0570709 0.0680899

13 0.2946792 0.1464366

14 0.2552134 0.05294

15 0.2447414 ‐0.0212298

16 0.2602067 ‐0.0952178

nilai kesalahan koordinat foto memiliki kesalahan minimum sebesar 0.0009 dan maksimum sebesar 0.3946 mm. Nilaiyang mengalami kesalahan terbesar adalah berada pada titik 13, 14, 15 dan 16. Dari visualisasi diatas dapat dilihatterjadi pergeseran koordinat paling besar berada sebelah kanan foto, tetapi pada bagaian pusat cendrung lebih rapat,hal ini membuktikan kamera mengalami distorsi lensa

Perbandingan Hasil Kalibrasi Kamera

0.0000169‐0.00000754

0.0005

0.0001

‐0.0001

0

0.0001

0.0002

0.0003

0.0004

0.0005

0.0006

P1 P2

Otomatis Analitik

Selisih 0,142 mm Selisih 0,503 mm sumbu x dan 0,117 mm sumbu y

nilai K1, K2, dan K3 pada kedua kalibrasi sebesar 0,0000169; 0,000 dan 0,000. P1 dan P1 memiliki selisih sebesar 0,000498 ; 0,000

Hasil dan Analisa 3D ModelKalibrasi Otomatis

Reseksi SpasialDilakukan secara otomatis (EOP) dengan RMSE rata‐rata 0,607 piksel dan Manual (GCP) RMSE rata‐rata 0.429 piksel

Point Cloud (Dense Surface Model) Point Cloud (Triangulation) Point Cloud hasil pengolahan data dapat dibentuk setelah melakukan proses pembentukan DSM dan triangulasi

Digital Elevation Model

Hasil dan Analisa 3D ModelKalibrasi Analitik

Reseksi SpasialRMSE GCP sebesar 0,359 piksel

Point Cloud (Dense Surface Model) Point Cloud (Triangulation) Digital Elevation Model

Perbandingan VolumeHasil Pengolahan 

DataPita ukur

CRP hasil kalibrasi Otomatis

CRP hasil kalibrasi Analitik

X Minimum (m) 0 0.0005 ‐0.068X Maximum (m) 6.042 6.166 6.130Y Minimum (m) 0 ‐0.126 ‐0.025Y Maximum (m) 2.431 2.52 2.590

Elevasi Minimum (m) 0 0.013 ‐0.499

Elevasi Maximum (m) 2.571 2.607 2.690

Volume (m3) 37.76 38.098 38.288

Selisih Volume (m3) 0.335 0.528

Persentase Selisih Volume (%) 0.887 1.398

kalibrasi otomatis memiliki pebedaan lebih kecil dari hasil volume kalibrasi analitik. Perbedaan nilai ini dipengaruhi oleh hasil pembentukan DEM pada software yang berbeda terhadap kedua hasil kalibrasi.

Perbedaan selisih terbesar terdapat pada model kalibrasi analitik sebesar 0,499 m elevasi minimum jika dibandingkan dengan hasil kalibrasi otomatis sebesar 0,013 m. Hal ini terjadi karena pada saat pembentukan 3D Model terdapat noiseyang disebabkan oleh buruknya kualitas foto, sehingga mengurangi kesempurnaan model objek.

Uji Statistik 3D Model (t‐Student)Tinkat Kepercayaan 90%

, ,

NamaPita Ukur Agisoft Photomodeller

X Y Z X Y Z X Y Z

ICP 1 2.07 0 1.403 2.076 -0.024 1.418 2.076 -0.028 1.416

ICP 2 6.04 1.835 2.143 6.061 1.933 1.869 6.031 1.897 2.138

ICP 3 2.635 2.43 1.358 2.62 2.447 1.174 2.646 2.425 1.339

ICP 4 0.05 2.182 0.414 0.047 2.044 0.372 0.071 2.074 0.414

ICP 5 0 2.43 2.57 0.0912 2.493 2.51 0.039 2.416 2.52

Koordinat ICP

Sumbu X

Nama Min. Interval

Max. Interval

3D Model Kalibrasi Analitik

3D Model Kalibrasi Otomatis

ICP1 2.039 2.101 2.076 2.076ICP2 6.009 6.071 6.061 6.031ICP3 2.604 2.666 2.62 2.646ICP4 0.019 0.081 0.047 0.071ICP5 -0.031 0.031 0.0912 0.039

Sumbu Y

Nama Min. Interval

Max. Interval

3D Model Kalibrasi Analitik

3D Model Kalibrasi Analitik

ICP1 -0.084 0.084 -0.024 -0.028ICP2 1.751 1.919 1.933 1.897ICP3 2.346 2.514 2.447 2.425ICP4 2.098 2.266 2.044 2.074ICP5 2.346 2.514 2.493 2.416

Sumbu Z

Nama Min. Interval

Max. Interval

3D Model Kalibrasi Analitik

3D Model Kalibrasi Otomatis

ICP1 1.334 1.472 1.418 1.416ICP2 2.074 2.212 1.869 2.138ICP3 1.289 1.427 1.174 1.339ICP4 0.345 0.483 0.372 0.414ICP5 2.501 2.639 2.51 2.52

koordinat hasil 3D Model Kalibrasi Analitik (Agisfot) dilihatdari prosentase diterimanya hipotesa nol pada koordinat X, Y

dan Z berturut‐turut adalah 80%, 60%, dan80%, sedangkan koordinat 3D Model (Photomodeller)kalibrasi Otomatis diterimanya hipotesa nol berturut‐turut

adalah 80%, 80%, dan 80%.3D Model Kalibrasi Analitik dikategorikan baik

untuk sumbu X dan Z, dan cukup untuk sumbu Y.Sedangkan kualitas koordinat 3D Model kalibrasiotomatis dikategorikan baik untuk sumbu X, Y dan Z.

Koordinat 3D Model kalibrasi otomatis lebih baik dari koordinat 3D Model kalibrasi analitik.

Kesimpulan Dan SaranKesimpulan

1. Parameter orientasi dalam kamera pada hasil kalibrasi otomatis yaitu panjang fokus = 24.216 mm,posisi titik utama foto (Xp, Yp) adalah 11.97;7.884 mm, K1 = 0.000131, K2 = 0.0000018, K3 = 0, P1 =0.0000167, dan P2 = 0.00000075. Sedangkan hasil kalibrasi laboratorium (manual) yaitu panjangfokus = 23.358 mm, posisi titik utama foto (Xp, Yp) ‐0.535 ; ‐0.237mm, K1 = 0.0003, K2 = ‐0.00000224, K3 = 0, P1 = 0.0005 dan P2 = 0.0001.

2. Perhitungan volume suatu objek dengan metode CRP dapat dilakukan dengan pembentukan 3DModel. 3D Model tersebut menghasilkan point cloud dan data DEM.

3. Hasil volume metode CRP dengan metode pita ukur pada objek kontainer tidak terlalu signifikan,Hasil volume kalibrasi otomatis lebih akurat terhadap perhitungan volume pita ukur, yaitu memilkiselisih 0.887 % , sedangkan hasil kalibrasi laboratorium memiliki selisih 1.398 % terhadap hasilvolume pita ukur.

4. Hasil koordinat 3D model kalibrasi otomatis lebih akurat terhadap koordinat ICP pita ukur, yaitu 80%kordinat X, Y, dan Z dapat diterima, sedangkan hasil koordinat 3D model kalibrasi laboratorium yaitu60 % titik koordinat Y dapat diterima dan 80 dapat diterima

saran

1. Titik GCP kalibrasi Laboratorium secara manual hendaknya memiliki nilai Elevasi yang berbeda terhadap posisi kamera untuk mdapatkan IOP yang lebih baik.

2. Untuk mendapatkan hasil kalibrasi kamera yang lebih teliti menggunakan bundle adjustment self calibration hendaknya dilakukan untuk semua foto dalam pembentukan 3D Model.

3. Perhitungan volume selanjutnya dapat dilakukan dengan objek yang tidak beraturan