Abstrak —Salah  satu  hal  yang  penting  dalam  mengarahkan senjata  secara  otomatis  ke  target  adalah  informasi  posisi  dari target  terhadap  senjata.  Terdapat  banyak  metode  untuk mengetahui  posisi  target.  Salah  satunya  adalah  dengan  metode pengukuran triangulasi .  Metode  ini membutuhkan  minimal  dua citra untuk medapatkan informasi jarak target terhadap kamera. Kemudian,  informasi  jarak  tersebut  bisa  diolah  untuk mengetahui  posisi  target  terhadap  senjata.  Di  dalam  sistem  ini, stereo  visual digunakan  untuk  mendukung  proses  pengukuran triangulasi . Stereo  visual menggunakan  dua  kamera  untuk menghasilkan  dua  citra.  Dalam  sistem  ini,  salah  satu  kamera bertindak  sebagai  pemilih  target.  Citra  yang  ditangkap  dua kamera  tersebut  akan  diproses  oleh processing  unit untuk mendapatkan informasi posisi target terhadap senjata. Informasi ini  digunakan untuk menggerakkan motor pada platform senjata agar senjata mengarah ke target. Hasil pengujian yang dilakukan pada  sistem  ini  adalah  sistem  dapat  menentukan  posisi  target yang  dipilih  oleh  operator  dan  juga  dapat  mengarahkan  senjata ke arah target tersebut. Akurasi tertinggi dalam penentuan posisi target dicapai ketika jarak antar dua kamera sekitar 30 cm.
Kata  Kunci —pengukuran  posisi, stereo  visual , triangulasi , teknologi senjata.

## I. PENDAHULUAN
TOMATISASI telah menjadi hal yang terus dikembangkan dalam beberapa dekade ini sei ring dengan perkembangan  teknologi  yang  begitu  cepat.  Hal  ini  bertujuan untuk  membantu  bahkan  untuk  menggantikan  peran  manusia dalam  melakukan  sesuatu.  Pengembangan  otomatisasi  juga terjadi  di  dunia  militer.  Penggunaan  senjata  dan  alat-alat militer pada saat ini sudah mulai mengarah agar peran manusia dikurangi  di  dalamnya,  walaupun  masih  dalam  tahap  semi otomatis.  Salah  satu  contoh  otomatisasi  dalam  dunia  militer adalah pengarah senjata otomatis.
Otomatisasi senjata dalam beberapa aspek semakin diminati karena  memiliki  beberapa  keuntungan.  Beberapa  keuntungan yang  bisa  didapatkan  dalam  penggunaan  senjata  otomatis  di antaranya  adalah  mengurangi human  error dan  mengurangi korban  manusia  di  sisi  militer.  Dengan  berkurangnya human error ,  kejadian  salah  tembak  atau  jatuhnya  korban  yang tidak diinginkan dapat dicegah atau diminimalkan.
Selain  itu,  otomatisasi  senjata  juga  dapat  digunakan  utnuk melawan  beberapa  macam  bentuk  terorisme,  misalnya, penyanderaan  oleh  sekelompok  teroris.  Dengan  menggunakan
senjata  yang  telah  diotomatisasi,  pelumpuhan  teroris  dapat dengan  cepat  dilakukan  dan  dapat  mengurangi  kejadian  salah tembak terhadap korban penyanderaan.
Mengarahkan  senjata  secara  otomatis  artinya  senjata  akan mengarahkan bidikannya ke arah target jika menerima perintah dari  suatu processing  unit .  Beberapa  metode  telah dikembangkan  untuk  mengarahkan  senjata  secara  otomatis, seperti  pemasangan  sensor-sensor  untuk  mendeteksi  target. Namun,  metode-metode  tersebut  akan  membutuhkan  biaya yang besar jika senjata yang dibutuhkan cukup banyak karena satu senjata satu sensor pendeteksi target.
Dalam  mengarahkan  senjata  ke  target,  sebenarnya, processing  unit pada  suatu  sistem  senjata  otomatis  hanya membutuhkan  informasi  posisi  target  terhadap  senjata.  Jika posisi  target  dalam  koordinat kartesian bisa  diketahui, processing unit bisa mengendalikan beberapa senjata sekaligus untuk mengarahkan senjata ke target. Dalam beberapa dekade ini, telah dikembangkan kamera stereo untuk mengukur posisi jarak  objek  dalam  koordinat kartesian .  Kamera  stereo  hanya membutuhkan dua kamera untuk memetakan posisi objek yang dipilih  sebagai  target.  Dengan  informasi  posisi  tersebut, senjata  dapat  diarahkan  secara  otomatis  dan  sudut  elevasi senjata  untuk  penembakan  dapat  ditentukan.  Diharapkan  agar sistem ini dapat menutupi kekurangan yang ada pada manusia untuk melakukan tugas serupa dan dapat mencegah timbulnya korban  yang  tidak  diinginkan  maupun  terjadinya  kesalahan yang terjadi akibat keterbatasan yang dimiliki oleh manusia.

## II. TEORI PENUNJANG

## A. Stereo Vision
Stereo vision merupakan cabang penting dalam penilitian di area computer vision [1]. Stereo vision menggunakan dua citra yang diambil dalam waktu yang hampir bersamaan pada suatu area dana arah yang sama. Dengan menggunakan stereo vision , jarak  objek-objek  yang  ada  di  kedua  citra  bisa diukur dengan menggunakan  beberapa  metode  pengukuran  jarak  yang berdasarkan stereo  vision ,  seperti  metode triangulasi .  Untuk melakukan  pengukuran  jarak  objek  menggunakan  metode triangulasi , ada syarat yang harus dipenuhi, yaitu:
 Kamera  harus  benar-benar  sejajar  dan  mengarah  pada arah yang sama.seperti pada Gambar 1.
 Pengambilan dua citra harus bersamaan.

## Rancang Bangun Sistem Pengukuran Posisi Target dengan Kamera Stereo untuk Pengarah Senjata Otomatis
Anas Maulidi Utama, Djoko Purwanto, dan Ronny Mardiyanto Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
e-mail : djoko@ee.its.ac.id, ronny@ee.its.ac.id, anas13@mhs.ee.its.ac.id
O
Peletakan dua kamera yang tidak sejajar akan menyebabkan posisi  horisontal  dari  dua  citra  yang  diambil oleh dua kamera tersebut  tidak  sama.  Hal  ini  akan  menyebabkan  proses pengukuran  jarak  dengan  metode triangulasi tidak  dapat dilakukan.  Namun,  pada  praktiknya,  peletakan  dua  kamera agar benar-benar sejajar memang sangat sulit untuk dilakukan.
Untuk  mengatasi  hal  tersebut,  dibutuhkan  beberapa  proses komputasi yang dapat membuat posisi horisontal dari dua citra menjadi  sama,  yaitu Stereo Calibration dan Stereo Rectification.
B. Stereo Calibration dan Stereo Rectification
Stereo Calibration merupakan proses penghitungan hubungan  geometris  dari  dua  kamera  di  suatu  ruang  [1]. Sedangkan stereo  rectification merupakan  penghitungan matriks  intrisik  dan  ekstrinsik  kamera  untuk  me- remap citra stereo agar kedua citra sejajar dalam arah horisontal.
Hasil  dari stereo  calibration adalah  parameter-parameter intrinsik  dan  ektrinsik  dari  dua  kamera  tersebut.  Parameter intrinsik  merupakan  parameter  yang  mengoreksi  kesalahan- kesalahan  yang  dapat  dimunculkan  oleh  kondisi  fisik  internal dari kamera, seperti distorsi akibat pemasangan lensa di dalam kamera atau distorsi akibat kecacatan lensa kamera itu sendiri. Sedangkan  parameter  ekstrinsik  mengoreksi  ketidak  sejajaran dari  dua  kamera  yang  berupa  kesalahan  translasi  maupun kesalahan rotasi.
Sedangkan  untuk stereo  rectification ,  ada  banyak  metode rectification ,  namun  ada  dua  metode  yang  terkenal.  Yang pertama  adalah  algortima Hartley yang  menggunakan  matriks dasar  dari  citra  sehingga  tidak  perlu  dilakukan stereo calibration .  Metode  kedua  adalah  algoritma Bouguet yang menggunakan parameter rotasi dan translasi dari kamera yang telah terkalibrasi
Tujuan  dari  algoritma Hartley adalah  mencari  matriks homografi yang memetakan garis epipolar menuju ke titik tak hingga  [3].  Sehingga,  metode  ini  hanya  menghitung  matriks fundamental.  Keuntungan  dari  algoritma  ini  adalah  proses
stereo calibration dilakukan secara real time . Namun, metode ini tidak dapat mendeteksi adanya penskalaan citra.
Sedangkan  algoritma Bouguet secara  sederhana  adalah meminimalkan  proyeksi  ulang  dari  dua  citra  stereo  [1]. Dengan  demikian,  sudut  pandang  yang  lebih  luas  bisa diperoleh.
C. Metode Pengukuran Triagulasi
Metode triangulasi merupakan salah satu metode pengukuran  jarak  yang  memanfaatkan  perbedaan  posisi  objek pada  dua  citra  yang  diambil  pada  waktu  yang  hampir bersamaan  dengan stereo  vision .  Dengan  mengasumsikan bahwa  kedua  citra  diambil  dari  dua  kamera  yang  benar-benar sejajar,  proses  penghitungan  jarak  seperti  yang  digambarkan pada Gambar 2 akan semakin mudah dilakukan.
Dari Gambar 2 tersebut bisa didapatkan persamaan dari dua segitiga yang sebangun, yaitu:
(1)
Dari  persamaan  (1)  di  atas,  bisa  didapatkan  persamaan  jarak objek terhadap kamera, yaitu:
(2)

## III. PERANCANGAN SISTEM
Ilustrasi  sistem  ini  ditunjukkan  pada  Gambar  3.  Sistem kamera  stereo  yang  merupakan stereo  vision akan  mengukur posisi  target.  Informasi  tersebut  akan  digunakan  untuk menggerakkan platform senjata.
Proses-proses yang ada di dalam sistem ini terbagi menjadi tiga  sub-sistem,  seperti  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  4. Yang pertama adalah proses pemilihan target dan pengukuran jarak  yang  dilakukan  oleh  komputer  yang  dioperasikan  oleh oprator .  Bagian  yang  kedua  adalah  proses  konversi  posisi target menjadi sudut referensi vertikal dan horisontal platform senjata.  Dan  yang  terakhir  adalah  penggerakan  senjata  yang akan dilakukan oleh mikrokontroler .
Gambar  1.  Peletakan  kamera  stereo  yang  sejajar  (a)  dan  peletakan kamera stereo dengan kesalahan vertikal (b) dan (c) [ 2]
Gambar 2. Konsep Pengukuran Jarak dengan Metode Triangulasi [3]

## A. Pengukuran Posisi Target
Proses  pengukuran  posisi  target  ditunjukkan  oleh  blok diagram di Gambar 5. Citra kanan (I R ) dan citra kiri (I L ) akan dikonversi  menjadi  citra  satu grayscale (masing-masing menjadi  I R G dan  I L G ).  Selanjutnya,  kedua  citra  akan  di- remap menggunakan matriks remap hasil kalibrasi kamera stereo dan proses stereo  rectification (menjadi  I R r dan  I L r ).  Ketika  target di citra kiri dipilih, maka proses pencocokan target yang sama di  kamera  kana  akan  dicari  dengan template  matching dan diperoleh disparity target  (d). Disparitry merupakan perbedaan  posisi objek yang sama di dua citra kamera stereo, secara sederhana bisa didefinisikan sebagai x L -x R [3]. Terakhir, data disparity target  akan  diproses  untuk  menghasilkan  posisi target (X, Y, Z).

## B. Penghitungan Sudut Motor Platform Senjata
Pada  bagian  ini,  posisi  target  yang  diproses  di  komputer akan  dikirim  secara  serial  ke mikrokontroler .  Selanjutnya, mikrokontroler akan  menghitung  berapa  sudut  motor penggerak  vertikal  dan  penggerak  motor  horisontal  pada platform senjata agar senjata mengarah ke arah target. Dengan proses  penghitungan  sudut  pada  koordinat kartesian ,  sudut horisontal dan vertikal motor adalah:
(3)
(4)

## C. Pengarahan Senjata ke Target
Sub-sistem  pengarahan  senjata  tergambar  seperti  pada Gambar  6.  Untuk  mengarahkan  senjata,  motor  penggerak vertikal dan penggerak horisontal dikontrol dengan kontrol PD dengan set  point untuk  penggerak  vertikal  dan  horisontal didapatkan  dari  konversi  posisi  target  menjadi  sudut penggerak senjata. Kontroler PD akan mengontrol PWM yang digunakan  untuk  menggerakkan  motor  menggunakan driver motor sehingga sudut aktual motor berubah. Sudut aktual dari motor akan diumpan balik menggunakan rotary encoder yang akan digunakan sebagai sinyal error untuk kontrol PD motor- motor tersebut.

## IV. HASIL PENGUJIAN
Pada sistem ini, data yang paling penting adalah pengukuran posisi  target.  Pengujian  pengukuran  posisi  target  telah dilakukakan  beberapa  kali.  Pengujian  pertama  adalah pengujian  akurasi  target.  Pengujian  lain  adalah  pengujian pengaruh  jarak  antar  kamera  pada  sistem  kamera  stereo terhadap  akurasi  pengukuran.  Untuk  pengujian  penggerakan senjata,  dilakukan tuning PID  secara  manual  dan  dicari  nilai Kp,  Ki,  dan  Kd  sehingga  gerakan  motor  vertikal  maupun horisontal tidak bergetar saat mencapai nilai setpoint atau nilai referensi.  Pengujian  sistem  secara  keseluruhan  menggunakan sasaran ISSF ( International Shooting Sport Federation ) untuk target 50 m dengan menggunakan pistol.
Tabel  1  menunjukkan  hasil  pengujian  jarak  dengan menggunakan  fungsi triangulasi yang  ada  pada library OpenCV  setelah  dilakukan kalibrasi kamera stereo dan stereo rectification .  Hasil  yang  didapatkan  menunjukkan error pengukuran jarak kurang dari 5.1%.
Dari  Tabel  2  bisa  didapatkan  beberapa  informasi.  Yang pertama  adalah,  jarak  terbaik  antar  kamera  agar  didapatkan error pengukuran  yang  kecil  adalah  sekitar 30 cm. Selain itu, untuk jarak kamera lebih dari 40 cm, jarak terdekat yang dapat diukur  semakin  jauh  karena  sudut  pandang  objek  dekat  dari dua kamera pada sistem kamera stereo akan semakin sulit.
Gambar 6. Diagram Pengarahan Senjata ke Target
Gambar 5. Diagram Pengukuran Posisi Target
Gambar 4. Blok Diagram Sistem
Gambar 3. Ilustrasi Sistem
Tabel  3  merupakan  data  hasil  pengujian tuning PID  yang dilakukan  secara  manual  untuk  motor  penggerak  horisontal. Proses tuning dihentikan  ketika  osilasi  yang  terjadi  ketika motor  mencapai setpoint sangat  kecil,  yaitu  lama  osilasinya kurang  dari 1 detik.  Dari Tabel 3 bisa dilihat, hasil pengujian menunjukkan  nilai  Kp,  Ki,  dan  Kd  untuk  motor  penggerak horisontal  adalah  0,9  untuk  Kp,  0,0  untuk  Ki,  dan  1,1  untuk Kd  dengan duty  cycle maksimum  untuk driver motor adalah sebesar 70%.
Untuk  motor  penggerak  vertikal,  nilai tuning PID  dimulai dari  hasil tuning PID  motor  penggerak  horisontal.  Dari  data yang  dihasilkan  pada  Tabel  4,  nilai  Kp,  Ki,  dan  Kd  sama dengan  motor  penggerak  horisontal.  Namun,  nilai duty  cycle motor penggerak vertikal lebih kecil, yaitu 40% saja.
Pengujian  sistem  secara  keseluruhan  tertera  pada  Tabel  5. Target  dengan  standar  ISSF  untuk  jarak  50  m  dengan menggunakan  pistol  memiliki  10 ring dengan  diameter ring terkecil  adalah  50  mm,  yaitu Ring 10,  dan  diameter ring terbesar adalah 500 mm, yaitu Ring 1. Dari pengujian tersebut
Tabel 5.
Pengujian Pengarahan Target Jarak Target yang dipilih Target yang disasar Gambar
160 cm Ring 10
Ring 4 250 cm
Ring 10
Ring 7 370 cm
Ring 10
Ring 8 500 cm
Ring 10
Ring 6 650 cm
Ring 10 Ring 3
Tabel 4. Hasil Tuning PID untuk Motor Penggerak Vertikal No. Kp Ki Kd Δθ DC maks Osilasi Lama Osilasi 1. 0,9 0,0 1,1 50 o 70% Kecil 2s 2. 0,9 0,0 1,1 50 o 40%
Besar
<1s Tabel 3. Hasil Tuning PID untuk Motor Penggerak Horisontal No. Kp Ki Kd Δθ DC maks Osilasi Lama Osilasi 1. 1,0 0,0 0,0 50 o 80% Besar 2s 2. 3,0 0,0 0,0 50 o 80% Besar 1s 3. 3,0 0,0 2,0 50 o 80% Besar 2s 4. 3,0 1,0 2,0 50 o 80% Sangat besar >10s 5. 0,9 0,0 0,5 50 o 80% Kecil 1s 6. 1,9 0,0 0,5 50 o 80% Kecil 5s 7. 0,9 0,0 1,1 50 o 80% Kecil <1s 8. 0,9 0,0 1,1 50 o 70%
Sangat kecil <1s Tabel 2. Pengukuran Posisi Target dengan Jarak Kamera Berbeda-beda Jarak Kamera (cm) Jarak Objek (cm) Pengukuran Posisi (cm) Error Z (%) x y z 10 150,0 `-38,64 47,28 143,57 4,29 278,0 9,94 77,58 274,65 1,21 398,0 -23,98 52,21 394,81 0,80 511,5 -5,18 25,01 485,92 5,00 678,0 -7,75 -136,88 631,69 6,83 20 150,0 -36,86 48,03 145,43 3,05 278,0 20,18 77,82 277,93 0,03 398,0 -16,00 53,01 390,83 1,80 511,5 -1,00 35,39 500,26 2,20 678,0 -5,31 -139,37 625,33 7,77 30 150,0 -16,17 40,56 152,06 1,37 278,0 27,86 78,86 277,28 0,26 398,0 -20,99 49,99 392,82 1,30 511,5 9,80 -40,00 523,75 2,39 678,0 5,04 -141,04 673,40 0,68 40 150,0 - - - - 278,0 - - 278,80 0,29 398,0 -2,01 62,97 423,56 6,42 511,5 18,32 -55,30 595,28 16,38 678,0 -134,28 -204,74 815,75 20,32
Tabel 1. Pengukuran Posisi Target dengan Fungsi Triangulasi OpenCV Jarak (cm) Posisi (cm) Error Z (%) x y z 20 0,5863 4,8837 20,0210 4,8215 30 0,6001 4,8771 29,3015 0,6924 40 0,7892 4,6494 38,5335 1,4488 50 1,1444 4,5772 47,6770 2,8982 60 1,1758 4,0960 57,4070 2,8646 70 1,1225 4,0231 66,1869 3,7981 80 1,5363 4,0311 75,0118 4,8074 90 1,7455 3,8302 85,2407 4,0082 100 1,5902 3,8830 93,7648 5,0964
bisa  diamati  bahwa  pengarahan target belum mencapai target, yaitu Ring 10.  Namun,  arah  senjata  masih  berada  di  antara Ring 1  hingga Ring 10.  Dengan  demikian,  arah senjata masih berada di dalam area target.

## V. KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan yang bisa diambil oleh penulis dari tugas akhir ini  di  antaranya  ada  dua.  Pertama,  pengukuran  posisi  objek menggunakan  kamera  stereo  dengan  metode triangulasi , menghasilkan  kesalahan  pengukuran  kurang  dari  5.1%. Kesimpulan  kedua  adalah  jarak  antar  kamera  pada  stereo kamera  yang  menghasilkan  pengukuran  posisi  objek  yang optimum  adalah  30  cm  dengan  kesalahan  pengukuran  kurang dari  2.5%.  Beberapa  saran  yang  penulis  bisa  berikan  untuk pengembangan  tugas  akhir  adalah  sistem  ini  perlu  diuji untuk pengujian malam dengan menggunakan kamera yang memiliki fitur night  vision ataupun infra merah. Selain itu, penempatan posisi  senjata  dan  kamera  stereo  harus  diukur  secara  akurat untuk meningkatkan akurasi sistem.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Zou,  L.  dan  Li,  Y.,  “A  Method  of  Stereo  Vision  Matching  Based  on OpenCV”,  International  Conference  on  Audio,  Language,  and  Image Processing (ICALIP), pp. 185-190, Shanghai, November, 2010.
[2] Mrovlje,  J.  dan  Vrancic,  D.,  “Distance  Measu ring Based  on Stereoscopic Pictures”, 9 th International  PhD Workshop on System and Control: Young Generation Viewpoint, Izola, October, 2008.
[3] Bradski, G. dan Kaehler, A., “Learning OpenCV Computer Vision with the OpenCV Library”, O’Reilly, Sebastopol, Ch.12, 2008.