aplikasi close range photogrammetry … of photo using camera 12 average photo point coverage 79%...
TRANSCRIPT
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