## METODE KALIBRASI IN-FLIGHT KAMERA DIGITAL NON-METRIK UNTUK KEPERLUAN CLOSE- RANGE PHOTOGRAMMETRY
Husnul Hidayat*, Agung Budi Cahyono, Mohammad Avicenna Departemen Teknik Geomatika FTSLK-ITS, Kampus ITS Sukolilo, Surabaya, 60111 e-mail: hidayat@geodesy.its.ac.id

## Abstrak
Perkembangan perangkat lunak yang tersedia dan turunnya harga kamera digital non-metrik membuat metode Close Range Photogrammetry (CRP) menjadi salah satu teknik alternatif untuk diterapkan pada pekerjaan-pekerjaan survey dan pengukuran seperti penentuan dimensi fisik maupun penyajian informasi visual objek yang cepat dan akurat. Untuk itu  dilakukan  sebuah  uji  coba  dengan  menggunakan  metode  CRP  dalam  aplikasi  pengukuran  titik  kontrol.  Pada penelitian  ini  dilakukan  analisa  pengukuran  titik  kontrol sampling dengan  metode  terestris  serta  pengukuran  titik kontrol  dengan  metode  CRP  menggunakan  Kamera  Sony  Exmor.  Pengambilan  data  foto  udara  untuk  CRP  dilakukan dengan 9 orientasi pengambilan foto pada saat pemotretan udara dan setelah itu dilakukan kalibrasi kamera In-Flight dengan  menggunakan bundle  adjustment  self  calibration yang  menghasilkan  parameter  IOP  ( Interior  Orientation Parameter )  dan  EOP  ( Exterior  Orientation  Parameter ).  Dari  hasil  pengujian  kamera  memiliki  nilai  RMS  sebesar  0.56 piksel pada tahap kalibrasi In-Flight . Titik sampling yang dihasilkan dengan metode CRP dibandingkan dengan hasil titik sampling metode  terestris  menghasilkan  RMS  sebesar  0.104  m,  yang  berpengaruh  terhadap  pergeseran  pada  titik sampling foto,  di  mana  pergeseran  linier  terbesar  terjadi  pada  titik sampling CRP  koordinat  Y  sebesar  0.187  m  dan koordinat X sebesar 0,173 m sehingga dapat disimpulkan bahwa metode CRP dapat digunakan untuk pemetaan skala besar dengan area yang relatif kecil.
Kata kunci : Close-Range Photogrammetry , Kalibrasi kamera In-Flight, Pengukuran terestris

## PENDAHULUAN
Peta situasi skala besar biasanya diperlukan untuk perencanaan,  konstruksi  ataupun  manajemen aset,  di  mana  pekerjaan-pekerjaan  tersebut memerlukan peta yang selalu terbarukan. Saat ini selain  informasi  spasial,  informasi  tekstual  dari peta juga diperlukan untuk  menambah  informasi (Atkinson,    1996).  Teknologi  pemetaan  digital skala besar dengan area yang relatif kecil yang saat ini  sering  digunakan  adalah  teknologi  dengan menggunakan  Total  Station.  Tetapi  teknologi  ini masih sangat mahal dan belum ada kecenderungan  penurunan  biaya  dari  teknologi ini.  Dalam  permasalahan  tersebut  terdapat terminalogi lain dalam melakukan pemetaan skala besar yang relatif kecil dengan cepat yaitu dengan Fotogrametri  Rentang  Dekat  atau  lebih  dikenal dengan Close Range Photogrametry (CRP).
Teknik  CRP    pada    awalnya  memang    sudah digunakan    untuk    pekerjaan  pemetaan,  namun karena  banyak  pertimbangan  seperti  cakupan daerah  yang  dapat  dipetakan  dan  belum
berkembangnya      fotogrametri  analitik  membuat fotogrametri  terestris  kurang  dikenal.  CRP  telah diaplikasikan  banyak  dalam  bidang  non topografi karena  memiliki  banyak  keunggulan dibandingkan metode lainnya (Wolf, 1983).
Dengan  situasi  kurangnya  pemanfaatan  CRP,  Pada penelitian    ini    akan    dilakukan    pengukuran menggunakan  metode  fotogrametri  jarak  dekat (CRP) dan pengukuran terestris menjadi hasil acuan pengukuran  titik  sampling.  Pada  pengukuran  CRP dilakukan dengan menggunakan software Australis dengan    model    perhitungan  bundle  adjustment self-calibration  sedangkan  untuk  pengukuran terestris    akan    dilakukan    dengan  menggunakan metode tachymetri. Hasil penelitian ini merupakan titik sampling dan parameter kalibrasi kamera   yang digunakan      untuk      mengetahui  pergeseran  linier titik  sampling  yang  disebabkan  oleh  distorsi  lensa dan pengaruh metode CRP yang didapat  dijadikan terminalogi    pemetaan    secara  cepat  dengan  area yang relatif kecil.

## METODE
Lokasi  penelitian  ini  dilakukan  di  kampus  ITS Surabaya.  Adapun  pengukuran  terestris  dan  CRP dilakukan di lapangan voli ITS (FASOR). Lokasi ini dipilih  karena  relatif  datar,  luas,  dan  terbuka sehingga sesuai untuk akuisisi data menggunakan kamera  yang  dibawa  oleh  wahana  UAV  maupun pengukuran dengan metode terestris.
Dalam penelitian ini dilakukan proses akuisisi data foto  udara  yang  memuat  objek  berupa artificial target yang  digunakan  untuk  proses self calibration . Ada 25 titik target yang dipotret dalam penelitian ini. Titik-titik target tersebut terletak di tanah  dan  diukur  koordinatnya  dengan  total station. Keseluruhan titik tersebut dipotret dari 9 pose  kamera  yang  berbeda.  Wahana  yang digunakan untuk pemotretan adalah kamera Sony Exmor  yang  merupakan  kamera built  in dari wahana UAV DJI Phantom 3 Advanced.
Secara  umum,  alur  pengolahan  data  dalam penelitian  ini  adalah  melakukan  proses in  flight calibration dengan  menerapkan  teknik self calibration bundle adjustment dari data foto udara beserta  titik  kontrol  tanahnya.  Secara  lebih mendetail alur pengolahan data dapat dilihat pada Gambar 1.
Proses  penelitian  diawali  dengan  penyiapan wahana,  peralatan  survey  lapangan,  dan  bahan. Kemudian  dilakukan  proses  akuisisi  data. Selanjutnya dilakukan pengolahan dari data yang telah  didapat  di  lapangan  dan  data  penunjang lainnya. Data yang didapat  dari lapangan berupa hasil  pemotretan  foto  udara  untuk  pengolahan CRP  dan  pengukuran  titik  check  merupakan pengukuran  terestris.  Data  CRP  tersebut  diolah dengan bundle adjustment self-calibration sedangkan  data  pengukuran  terestris  dengan metode  tachymetri.  Kemudian  dilakukan  analisis kesalahan  horisontal  dari  penentuan  posisi  dari data  foto  udara  berdasarkan  data  hasil pengukuran terestris.

## Gambar 1. Alur pengolahan data (Penulis, 2018)

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  kalibrasi  menggunakan  marker  berukuran 40cm X 40cm dengan dilapisi sebuah kertas hitam dan  diberi  stiker  reflektor  berdiameter  10  cm  di posisi center pada  papan  tersebut  diolah  dengan bundle adjusment self-calibration dan menghasilkan parameter IOP dan EOP. Ilustrasi proses kalibrasi in- flight dan  distribusi  titik  target  dapat  dilihat  pada Gambar 2. Sedangkan hasil parameter IOP dan EOP dapat dilihat pada Tabel 1, Tabel 2, dan Tabel 3.
Lapangan Voli ITS
Gambar 2. Proses kalibrasi in flight (Penulis, 2018) Tabel 1. Parameter IOP Kamera Parameter IOP Nilai C 4.012 mm Xp 3, 991mm Yp 1,637 mm K1 -1.42868e-04 K2 8.65942e-06 K3 -2.21741e-07 K4 2.64106e-09 K5 -1.16088e-11 P1 -4.60783e-05 P2 -3.04106e-04 B1 -1.25159e-02 B2 1.84932e-03 Tabel 2. Komponen Orientasi Parameter EOP Foto ω ϕ κ 1 1.570 0.000 0.000 2 1.704 0.117 0.777 3 1.579 0.164 1.613 4 1.458 0.103 2.429 5 1.421 -0.007 3.125 6 1.468 -0.132 -2.391 7 1.596 -0.183 -1.585 8 1.722 -0.115 -0.743 Tabel 3. Komponen Posisi Parameter EOP Image Xc (mm) Yc (mm) Zc (mm) 1 -0.050 0.001 -0.008 2 777.553 1.337 -516.091 3 758.537 -16.216 64.529 4 544.720 -47.915 1150.942 5 161.865 -50.604 1223.547 6 -640.931 -57.130 1427.609 7 -906.467 -55.822 659.687 8 -1028.914 -8.916 -565.444
Ketelitian  yang  dihasilkan  dari  kalibrasi  diatas masih  memiliki  kekurangan  dalam  menghasilkan
nilai  yang  stabil  terhadap  parameter  IOP  dan  EOP (Merrit,  1948).  Kalibrasi In-Flight menghasilkan pergeseran linier dan ketidakstabilan pada kamera (Hanifa,  2007).  Oleh  karena  itu  menghasilkan  nilai Point  Residual 0.56  piksel  dan  kualitas Self- Calibration sebesar 1.2 piksel.
Sistem  kesegarisan  merupakan  konsep  dasar  dari transformasi  koordinat  foto  dengan  koordinat tanah. Titik sampling yang ada pada hasil foto dan yang didapat melalui pengukuran terestris ini akan dilakukan  Georefence,  dimana  titik  sampling  yang digunakan  yaitu  sistem  koordinat  lokal.  Titik sampling lokal dimulai dengan X dan Y (0 ,0). Pada penelitian  ini  titik  kontrol  yang  didapat  melalui pengukuran  terristris  akan  digunakan  pada  titik kontrol  yang  berada  di  hasil  titik  sampling  foto udara.  Titik  sampling  pada  foto  ditandai  dengan sebuah  marker.  Setelah  itu  proses  yang  dilakukan yaitu mengubah orientasi foto pada sumbu X dan Y dengan  kosep  kolinierisasi.  Sumbu  X  dan  Y  pada hasil foto sangat berpengaruh pada titik kontol yang dihasilkan  karena  dapat  membuat  posisi  titik sampling yang ada di foto berbeda dengan yang ada pada  pengukuran  terestris.  Adapun  hasil  selisih koodinat foto dengan koordinat lapangan disajikan pada  Tabel  4. Selisih  Nilai  Koordinat  Total  Station dengan Foto
Tabel 4. Selisih Nilai Koordinat Total Station dengan Foto
Titik X (m) Y (m) 1 0,000 0,000 2 0,028 0,013 3 0,023 0,004 4 0,025 0,047 5 0,017 0,087 6 0,033 0,005 7 0,049 0,010 8 0,037 0,025 9 0,031 0,038 10 0,025 0,041 11 0,015 0,020 12 - - 13 0,082 0,092 14 0,049 0,076 15 - - 16 0,073 0,037 17 0,042 0,052 18 0,081 0,044 19 0,013 0,038
Posisi kamera ( top view )

## METODE KALIBRASI IN-FLIGHT KAMERA DIGITAL NON-METRIK UNTUK KEPERLUAN CLOSE-RANGE PHOTOGRAMMETRY
Titik X (m) Y (m) 20 0,032 0,039 21 0,050 0,056 22 0,089 0,045 23 0,004 0,060 24 0,059 0,037 25 0,011 0,029
Dari hasil selisih Total Station dengan foto dapat  dianalisa  bahwa  titik  sampling  12  dan  15 tidak  terdeteksi  saat  pengolahan  data  foto  pada metode  CRP  dan  terjadinya  pergeseran  terbesar pada titik sampling X sebesar 89 mm dan 92 mm pada titik sampling Y. Hal ini menunjukan bahwa pengolahan  titik  sampling  yang  ada  pada  foto dapat digunakan sebagai hasil pengukuran.
Dari  hasil  pengukuran  titik  sampling metode  CRP  dengan  menggunakan  kamera  non- metrik  didapat  titik  sampling  12  dan  15  tidak terdeteksi  saat  pengolahan  data  foto  hal  ini disebabkan  oleh  data  transformasi  koordinat, geometri  pemotretan,  penandaan  titik,  dan jumlah kemunculan titik (Kusumadharma, 2008).
Transformasi  yang  dilakukan  dengan membandingkan  data  ukuran  (Total  Station) dengan hasil ukuran pada foto sehingga diketahui sejauh  mana  efek  perambatan  kesalahan  ketika data  pendekatan  yang  digunakan  adalah  hasil transformasi  koordinat.  Dengan  menggunakan  9 foto  pada  kalibrasi In-Flight akan  dihasilkan  8 station foto karena 1 foto mengalami kerusakan. Kemudian dilakukan transformasi koordinat untuk membentuk 1 model dari 8 foto. Model inilah yang digunakan  sebagai  koordinat  pendekatan  dalam proses reseksi. Banyaknya transformasi koordinat ini  akan  sangat  berpengaruh  terhadap  hasil pengolahan  karena  akan  ada  perambatan kesalahan.  Hasilnya  adalah  banyaknya  titik  yang akan ditolak ketika dilakukan bundle adjustment . Sedangkan dari segi geometri,
pengukuran  sudut  yang  baik  adalah  yang mendekati  sudut  90°.  dikarenakan  marker  yang tersusun  tidak  baik  dan  ketinggian  dalam pemotretan  yang  kurang  stabil.  Hal  ini memberikan  dampak  terhadap  jarak  yang dihasilkan  antara  koordinat  foto  dengan pengukuran TS cukup besar.
Titik  yang  ditandai  di  foto  berupa  target ( marker ) sehingga menyebabkan penandaan tidak bisa dilakukan dengan bantuan penanda otomatis ( Automatic  Marking ) software yang  digunakan.
Ketidaktepatan dalam penandaan posisi titik di foto, antara  satu  foto  dengan  foto  lainnya  (proses referencing )  akan  menyebabkan  kesalahan  dalam penghitungan  posisi  titik  tersebut  sehingga menurunkan ketelitiannya. Jika sebuah titik muncul dalam  dua  atau  lebih  foto  dan  pengguna memperkirakan lokasi titik yang muncul dalam salah satu  foto  maka  hasil  nya  akan  memberikan ketelitian  yang  kurang  dan  mungkin  akan ditempatkan  dalam  posisi  yang  salah  dalam  ruang 3D.
Posisi  yang  direkam  lebih  dari  dua  posisi kamera  (foto),  dapat  memberikan  ketelitian  posisi yang lebih baik dari pada yang hanya dihitung dari dua  posisi  kamera,  karena  semakin  banyak persamaan  pengamatan  yang  dibentuk  dari perpotongan berkas-berkas sinar untuk menentukan posisi titik tersebut dengan tepat yaitu dengan menghitung posisi titik yang direkam lebih dari  dua  foto,  maka  dapat  mengurangi  kesalahan dalam  proses  penandaan  titik  (point  marking)  di foto,  karena  kesalahan  penandaan  titik  pada  satu foto akan dikompensasi dari foto-foto lainnya. Jika hanya  ada  dua  posisi  kamera  untuk  sebuat  titik, maka  jika  terjadi  kesalahan  penandaan  titik, kesalahan  akan  sulit  diketahui  dan  menyebabkan posisi titik tidak akurat.
Jumlah  titik  yang  diolah  sebanyak  25  titik, namun titik yang berhasil diolah berjumlah 23 titik. Rata-rata sigma untuk tiap titik adalah 0.063 m  ke arah X dan 0.064 m ke arah Y. Hasil ini sesuai dengan asumsi  bahwa  untuk  pengukuran  CRP  ketelitian kearah Y akan lebih jelek dibandingkan pengukuran ke arah X. Ini karena pada metode kalibrasi In-Flight arah Y adalah jarak pemotretan sebanding dengan arah  Z  pada  fotogrametri  udara.  Dari  hasil pengolahan  bundle  adjustment  self-calibration dapat dikatakan hasil pengolahan foto menunjukan hasil  yang  presisi.  Adapun  visualisasi  pergeseran titik dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Pergeseran titik sampling foto terhadap titik sampling tanah
Tingkat akurasi koordinat hasil pengolahan foto dapat dilihat dengan menghitung kesalahan  terhadap  data  koordinat  dari  ukuran Total  Station.  Nilai  koordinat  dari  data  Total Station  diasumsikan  sebagai  nilai  yang  benar. Besar  kesalahan  dihitung  dengan  menggunakan RMSE.  Dengan  menggunakan  data  Total  Station diperoleh RMSE 0,104 m. Tingkat keakurasian ini dapat  dibandingkan  dengan  resolusi  spasial  dari kamera.  Resolusi  spasial  adalah  kemampuan sensor  kamera  untuk  mendeteksi  objek  terkecil. Kamera  Sony  Exmor  yang  digunakan  memiliki ukuran  sensor  sebesar  0.110  mm,  dengan  jarak fokus  4  mm.  Jika  rata-rata  jarak  pemotretan adalah  10  m,  maka  resolusi  spasial  yang diharapkan adalah 0.275 m.

## KESIMPULAN
Dari penelitian ini diperoleh beberapa kesimpulan yaitu:
1. Pada hasil parameter IOP kalibrasi kamera In- Flight menghasilkan RMS sebesar 0.56 piksel sehingga  dihasilkan  resolusi  spatial  sebesar 0.275 m.
2. Pada  kalibrasi  kamera In-Flight parameter EOP yang mengalami perubahan besar pada Parameter  penentu  posisi  (Xc,Yc  dan  Zc) sehingga  menimbulkan  pergerakan  kamera pada  wahana  Dji  Phantom  dan  terjadinya ketidakstabilan pada saat melakukan pemotretan.
3. Pada  parameter  kalibrasi  kamera In-Flight parameter EOP penentu orientasi terjadinya perubahan kecil antar foto, dengan nilai rata- rata dari ω sebesar 1.565, ϕ sebesar - 0.007 dan  κ  sebe sar  0.403.  Oleh  karena  itu  pada metode  CRP  ini  data  pengukuran  titik sampling dapat digunakan .
4. Kamera  non-metrik  Sony  Exmor  dapat digunakan  untuk  pemetaan  skala  besar menurut perka BIG No.15 tahun 2014 dengan hasil  RMS  sebesar  0,108  m  sehingga  dapat digunakan  untuk  pemetaan  Skala  1:1000 dengan area yang relatif kecil.
5. Pergeseran  linier  koordinat  foto  terhadap koordinat tanah menghasilkan nilai rata-rata terhadap  koordinat  X:  0.041  m  dan  RMS terhadap Y: 0.042 m.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada Laboratorium  Kadaster  dan  Kebijakan  Pertanahan Teknik  Geomatika  ITS  yang  telah  meminjamkan wahana  UAV.  Tidak  lupa  penulis  ucapkan  pula terima  kasih  kepada  Laboratorium  Geodesi  dan Surveying  Teknik  Geomatika  ITS  yang  telah meminjamkan peralatan survey.

## DAFTAR PUSTAKA
Anshari,  M.  F.    (2015).    Kalibrasi    Kamera  Non-metrik Digital pada Kegiatan Fotogrametri Bawah Air. Tugas Akhir.  Departemen  Teknik  Geomatika,  Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. Atkinson, K.B. (1996). Close Range Photogrammetry and Machine  Vision .
Scotland, UK: Whittles Publishing.
Hanifa,  N.  R.  (2007).  Studi  Pengunaan  Kamera  Digital Low-Cost  Non-Metric  Auto  Focus untuk Pemantauan Deformasi.  Tesis. Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika, Institut Teknologi Bandung, Bandung.
Honkavaara,  E  (2004).  In-flight  Camera  Calibration  for Direct  Georeferencing.  Finland:  Finnish  Geodetic Institute.
Kusumadarma,  A.  (2008).  Aplikasi  Close  Range Photogrametry dalam Pemetaan Bangunan Rekayasa dengan Kamera Digital Non-metrik Terkalibrasi. Tugas Akhir. Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika, Institut Teknologi Bandung, Bandung.
Merrit,    E.L.    (1948).    Field    Camera    Calibration.
Photogrammetric  Engineering  Record,  17(4):  611- 535. USA.
Wolf,  P.R.  (1983). Elements  of  Photogrammetry,  2nd Edition . USA: McGraw-Hill Book Company