Jurnal Integrasi
Vol. 9 No. 1, April 2017, 80-83
e -ISSN: 2548 - 9828
Accepted April, 2017
Visualisasi 3 Dimensi untuk Memperkaya Pengoperasian Jarak Jauh dengan Mengunakan Kamera Webcam
Daniel Sutopo Pamungkas * , and Handri Toar *
 Politeknik Negeri Batam
Electrical Engineering study Program
Parkway Street, Batam Centre, Batam 29461, Indonesia
E-mail: daniel@polibatam.ac.id
toar@polibatam.ac.id

## Abstrak
Pada  pengendalian  robot  jarak  jauh,  dibutuhkan  informasi  mengenai  sekitar  dari  robot.  Informasi  ini  membuat operator dapat mengendalikan robotnya dengan lebih baik. Informasi visual adalah  informasi yang paling banyak digunakan  oleh  sistem  pengoperasian  robot  jarak  jauh.  Informasi  visual  yang  digunakan  sebagian  besar  masih menggunakan  informasi  dua  dimensi.  Robot  menggunakan  sebuah  kamera  dan  operator  melihat  informasi  dari sebuah layar monitor. Hal ini memiliki kekurangan antara lain operator tidak mendapatkan efek kedalaman sehingga operator  memiliki  kesulitn  untuk  mengira  jarak  antara  robot  dan  objek  didepannya.  Kekurangan  ini  dapat diselesaikan dengan menggunakan sistem visual tiga dimensi. Namun sistem ini membutuhkan kamera stereo yang tidak  murah.  Penelitian  ini  meneliti  sebuah  sistem  yang  mengunakan  dua  buah  webcam  yang  terhubung  dengan sebuah  komputer,  dan  operator  dapat  merasakan  sensasi  3  dimensi  dengan  menggunakan  sebuah  Virtual  reality headset Kamera-kamera ini diletakan pada dua motor steper sehingga digerakan keatas-kebawah serta samping kiri dan kanan. Kemampuan gerak ini membuat operator mendapat informasi mengenai keadaan sekeliling dari robot. Motor-motor ini dikendalikan dari headset  sehingga memudahkan operator. Sistem ini diharapkan dapat digunakan pada robot yang dikendalikan jarak jauh sehingga operator dapat mengoperasikan robot lebih baik lagi.

## Kata kunci: Teleoperation, webcam, tiga dimensi, headset

## Abstract
To  control  robot  remotely,  information  about  the  surrounding  of  the  robot  is  needed.  With  this  information  the operator can control the robot better. Visual information is information that is most widely used by the system to control  robot  remotely.  The  two-dimensional  visual  information  is  used  mostly  widely,  which  the  robot  using  a regular camera and the operator view information on a monitor screen. This system has its drawbacks, for example, the operators do not get the depth effect, it makes the operator has difficulty to measure the distance between the robot and the object in front of the robot. This deficiency can be solved by using a three-dimensional visual system. However, this system requires a stereo camera is not cheap. This study investigated the use of two webcams are used on the computer. The system consists of two cameras webcam connected to a computer, and the operator can feel the sensation of three dimensions by using a virtual reality headset. These cameras are placed in two stepper motors which  can  move  into  two  directions.  This  motion  capabilities  can  make  the  operator  gets  information  about  the surroundings of the robot. These motors are controlled from the headset making it easier to control the motors. The system is expected to be used on a robot which controlled remotely so that the operator can operate the robot more agile.
Keywords: headset, teleoperation, three dimensions, webcam.

## 1. Pendahuluan
Pengoperasian  robot  jarak  jauh  atau  dikenal  dengan istilah  teleoperation,  adalah  teknologi  yang  membuat manusia dapat bekerja di daerah yang berbahaya atau yang  tidak  dapat  dijangkau  oleh  manusia  dari  tempat yang  lebih  aman  dan  nyaman.terdapat  beberapa aplikasi dari teleoperation diantaranya: untuk penjinak bom [1], Pembuangan sampah berbahaya [2], peralatan pertambangan [3], Misi bawah laut  [4], dan eksplorasi ruang angkasa [5].
Informasi  visual  adalah  informasi  yang  selalu  ada dalam  pengoperasian  robot  mobil  yang  dikendalikan dari  jarak  jauh.  Dengan  mengunakan  informasi  ini operator  dapat  mengendalikan  robotnya  untuk menghindari objek  yang  menghalangi atau  mendekati objek yang akan dituju. Namun informasi visual yang masih banyak digunakan adalah informasi dua dimensi. Informasi  ini  adalah  informasi  visual  yang  paling sederhana  dan  murah  [6,  7].  Namun  dengan menggunakan  informasi  ini  operator  mempunyai kesulitan  untuk  memperkirakan  jarak  antara  robot dengan  objek  yang  ada  dihadapan  robot.  Ini diakibatkan  informasi  dua  dimensi  tidak  mempunyai informasi mengenai kedalaman Beberapa peneliti telah meneliti  beberapa  metoda  untuk  mengatasi  hal  ini mengunakan kamera stereo [8, 9] Namun diakibatkan mahalnya kamera stereo, maka penggunaan informasi visual  menggunakan  kamera  stereo  masih  terbatas. Penelitian ini menawarkan solusi untuk permasalahan ini, dengan menggunakan kamera webcam yang dapat didapatkan dengan harga relatif ekonomis.
Dalam  pembahasannya,  paper  tersusun  dari  bagian pertama yang menjelaskan tentang latar belakang dari penelitian. Diikuti oleh bagian kedua yang menerangkan beberapa penelitian dibidang ini. Bagian ketiga menerangkan mengenai system yang diusulkan serta  dibagian  ke  empat,  hasil  dari  penelitian disampaikan.  Dan  pada  bagian  terakhir,  disampaikan kesimpulan dan saran untuk penelitian selanjutnya.

## 2. Studi Pustaka
Manusia melihat sekelilingnya mengunakan dua buah mata  dan  merasakan  efek  dari  kedalaman  karena manusia mempunyai kemampuan melihat secara stereo atau tiga dimensi  yaitu panjang  lebar dan kedalaman. Jika  kemampuan  ini  juga  dimiliki  operator  yang mengendalikan  robot  jarak  jauh  dalam  melihat sekeliling  dari  robot  akan mengontrol  robot seolah-olah  operator  berada  didalam  robot  itu,  atau menjadi  robot  itu,  istilah  ini  dikenal  sebagai immersive.
Kemampuan  stereoscopic  dari  suatu  sistem  ditunjang dari  kemampuan  sistem  menangkap  gambar  dan menampilkannya.  Selain  itu  juga  kemampuan  untuk
mengontrol gerakan kamera senatural mungkin dengan gerakan  manusia  akan  membuat  operator  semakin immerse  dengan  robotnya,  seperti  ditunjukan  oleh Ijsselsteijn  [10]  dan  Drascic  [11]  dimana  operator menggunakan Head mounted display untuk menampilkan  informasi  visual  dan  menggerakan kamera. Kamera akan bergerak sesuai dengan gerakan kepala operatornya.
Penggunaan dua kamera yang identik adalah salah satu cara yang paling sering digunakan untuk mendapatkan informasi  stereo.  Dengan  peletakannya  yang  diatur sejajar  dan  dengan  jarak  yang  hampir  mirip  dengan jarak  mata  manusia  [11].  Sistem  ini  meniru  indra pengelihatan  manusia  yang  memiliki  dua  mata. Gambar-gambar  yang  dihasilkan  oleh  kedua  kamera itu  akan  berbeda  dan  mampu  menghasilkan  efek kedalaman.  Gambar  1  mengambarkan  prinsip  dari pembentukan  efek  tiga  dimensi  dari  penggunaan  dua kamera.  Titik  p  adalah  titik  yang  sama  atau  gambar yang sama, dimana titik ini terdapat ditempat atau jarak yang  berbeda  dari  masing-masing  gambar  (x). Perbedaan x kiri dan x kanan disebut sebagai disparity. Disparity  ini  akan  dipakai  untuk  mencari  kedalaman dari  objek  yang  dilihat  bersama  dengan  jarak  antara dua kamera (b).

## Gambar 1: Pembentukan gambar tiga dimensi dari dua kamera.
Untuk  melihat  tampilan  dari  tiga  dimensi  dapat ditampilkan  dengan  mengunakan  beberapa  metoda antara lain dengan mengunakan Head-mounted display (HMD).  Alat  ini  terdiri  dari  dua  layar  kecil  dengan lensa pembesar. Tampilan layar kiri dan kanan berbeda, masing-masing  layar  akan  menampilkan  apa  yang ditampilkan oleh kamera yang sesuai dengan letaknya [12][Goradia, et al, 2014]. Sehingga si pengguna akan melihat  secara  tiga  dimensi.  Beberapa  HMD dilengkapi  dengan  sensor  gerakan,  yang  berfungsi untuk  mendeteksi  gerakan  dari  kepala  pengguna. Dalam  penelitian  ini,  HMD  jenis  ini  akan  digunakan dan dimanfaatkan untuk menggerakan kamera melalui motor-motor stepper.

## 3. Metoda
a. pendahuluan
.Sistem akan terdiri dari sebuah HMD yang digunakan oleh  pengguna,  sebuah  computer,  sebuah  pengontrol dan  dua  buah  kamera  yang  diletakan  pada  dua  buah motor  servo.  Diagram  blok  dari  sistem  dapat  dilihat pada gambar 2. Informasi  gerakan dari operator  yang mengunakan  HMD  akan  diteruskan  pada  sebuah Komputer.  Informasi  tersebut  akan  disampaikan  pada sebuah  pengontrol,  yang  kemudian  akan  mengerakan motor-motor  servo.  Sistem  ini  akan  menyebabkan gerakan  kepala  dari  operator  akan  menggerakana motor-motor  servo.  Gerakan  motor-motor  servo  akan sama dengan gerakan kepala dari pengguna dari HMD.
Informasi  visual  akan  disampaikan  oleh  dua  buah kamera.  Informasi  tersebut  akan  diteruskan  ke komputer  dan  ditampilkan  pada  dua  layar  yang  ada pada HMD. Sehingga operator akan melihat informasi visual dari kamera-kamera tersebut.
Gerakan Kepala Menggerakan Motor
steper
Informasi visual 3d
Tampilan 3d

## Gambar 2:  Skema sistem
b. Mekanik
.Dua  buah  motor  servo  disusun  untuk  menghasilkan gerakan seperti gerakan kepala yaitu, menoleh ke kiri kemudian  juga  ke  kanan  serta  bergerak  keatas  dan kebawah  (2  DoF).  Gambar  mekanik  dari  dua  motor servo yang telah disusun dapat dilihat pada gambar 3.
Gambar 3: Webcam pada motor servo 2 DoF
Motor-motor  servo  tersebut  kemudian  dihubungkan dengan  sebuah  rangkaian  kontroler.  Rangkaian kontroler yang digunakan adalah sebuah arduino uno. Diatas  rangkaian  motor-motor  stepper  dipasang  dua buah  kamera  webcam.    Jarak  antara  kedua  kamera adalah  10  cm  diambil  dari  tengah  masing-masing kamera.

## c. Pemograman
Untuk  menampilkan  tampilan  dua  buah  kamera webcam  digunakan  program  Visual  C++  dengan library  dari  Open  CV.  Program  ini  dibuat  untuk menampilkan  tampilan  dari  kedua  kamera  sehingga terlihat  berhimpitan  Tampilan  dari  dua  buah  kamera dapat dilihat pada gambar 4 Tampilan yang dihasilkan akan bisa dilihat pada layar-layar  yang ada di Oculus rift HMD.
Dari  spesifikasi  oculus  rift,  alat  ini  dilengkapi  oleh sensor  yang  mendeteksi  gerakan,  sehingga  dapat mendeteksi  gerakan  kepala  dari  user.  Data  tersebut akan diambil untuk mengerakan motor servo. Sehingga program ini dapat meneruskan informasi gerakan-gerakan  pengguna  yang  mengunakan  sebuah HMD.  Informasi  tadi  menjadi  masukan  untuk pengendali  arduino  untuk  menggerakan  motor-motor servo.  Gambar  5  memperlihatkan  seorang  penguna sedang mengunakan Oculus Rift HMD.
Gambar 4: Tampilan dua webcam
Gambar 5: Oculus rift

## 4. Hasil dan Pembahasan
Penelitian  ini  mampu  membuat  dua  buah  web  cam yang  terpasang  pada  dua  buah  motor  servo  untuk menghasilkan pandangan tiga dimensi untuk pengguna sebuah  headset.  Dimana  gerakan  motor  motor  servo tersebut  dikendalikan  oleh  headset  tersebut.  Untuk mendapatkan  hasil  yang  stereo  digunakan  program Visual C++ serta menyertakan library yang dikembangkan  oleh  Open  CV.  Sedangkan  headset memberikan  informasi  gerakan  kepala  penguna  dan diteruskan pada sebuah kontroler untuk mengendalikan  gerakan  pada  motor  servo.  Gerakan yang dihasilkan adalah gerakan yawn dan pitch .
Pengguna  dapat  melihat  tampilan  secara  stereo  dan dapat mengerakan kamera dengan gerakan kepala. Hal ini  menyebabkan  pengguna  merasa  berada  di lingkungan dimana kamera tersebut berada. Bila hal ini dapat  diterapkan  pada  robot  penjelajah,  maka  sistem ini akan membantu operator yang mengendalikan robot tersebut  lebih  baik  lagi.  Hal  ini  disebabkan  operator merasa berada di dalam robot.
Penelitian
selanjutnya diharapkan dapat mengintegrasikan  antara  pengaturan  robot  jarak  jauh dengan sistem feedback visual ini. Maka masalah yang dapat diteliti adalah pengiriman data-data visual secara nirkabel.  Data-data  visual  memiliki  data  yang  sangat besar, sehingga jika dikirim secara nirkabel memerlukan  teknik  sehingga  tidak  ada  data  yang hilang atau rusak.
Penelitian  lainnya  adalah  penggunaan  kamera  yang dapat  dikendalikan  oleh  pupil  mata,  selain  oleh gerakan  kepala.  Hal  ini  dapat  digunakan  untuk  robot kepala/mata  manusia.  Dimana  arah  pandangan manusia tergantung dari gerak kepala dan gerak mata.

## References
[1] Kron, A., et al., Disposal of explosive ordnances by  use  of  a  bimanual  haptic  telepresence  system. IEEE  International  Conference  on  Robotics  & Automation,  2004.  Proceedings  ICRA  '04.  2004, 2004: p. 1968.
[2] S. Hirche, B. Stanczyk, and M. Buss. Transparent Exploration  of  Remote  Environments  by  Internet Telepresence.  in  the  International  Workshop  on High-Fidelity Telepresence and Teleaction, jointly with  the  IEEE  conference  HUMANOIDS.  2003.
Munich.
[3] Huh, S., et al., Development of an unmanned coal mining  robot  and  a  tele-operation  system.  2011 11th  International  Conference  on  Control, Automation & Systems (ICCAS), 2011: p. 31.
[4] Boyle,  B.G.,  R.  McMaster,  and  J.  Mixon.
Teleoperation  of  an  underwater  robotic  repair system  using  graphical  simulation.  in  Control  of Remotely  Operated  Systems:  Teleassistance  and Telepresence, IEE Colloquium on. 1995.
[5] Sheridan,  T.B.,  Space  teleoperation  through  time delay:  review  and  prognosis.  Robotics  and Automation, IEEE Transactions on, 1993. 9(5): p. 592-606.
[6] Hong,  Z.  and  J.P.  Ostrowski,  Visual  Motion Planning for Mobile Robots. IEEE Transactions on Robotics & Automation, 2002. 18(2): p. 199.
[7] Kai-Tai,  S.  and  T.  Wen-Hui,  Environment perception  for  a  mobile  robot  using  double ultrasonic  sensors  and  a  CCD  camera.  IEEE Transactions on Industrial Electronics, 1996. 43(3): p. 372.
[8] Levy,  M.L.,  et  al.,  Stereoscopic  head-mounted display incorporated into microsurgical procedures: technical  note.  Neurosurgery,  1998.  43(2):  p. 392-5.
[9] D.  S.  Pamungkas  and  K.  Ward,  "Electro-tactile feedback  system  for  achieving  embodiment  in  a tele-operated  robot," 2014  13th  International Conference  on  Control  Automation  Robotics  & Vision (ICARCV) , Singapore, 2014, pp. 1706-1711.
[10] Ijsselsteijn,  W.,  et  al.,  Perceived  depth  and  the feeling of presence in 3DTV. Displays, 1998. 18(4): p. 207-214.
[11] Drascic, D., P. Milgram, and J. Grodski. Learning effects  in  telemanipulation  with  monoscopic versus  stereoscopic  remote  viewing.  in  Systems, Man and Cybernetics, 1989. Conference Proceedings.  IEEE  International  Conference  on. 1989.
[12] [Goradia,  2014]  Goradia,  I.,  J.  Doshi,  and  L. Kurup, A Review Paper on Oculus Rift & Project Morpheus.  International  Journal  of  Current Engineering  and  Technology,  2014.  4(5):  p. 3196-3200.