## PENGGUNAAN ACTION CAMERA PADA SPHERICAL PHOTOGRAMMETRY UNTUK PEMODELAN TIGA DIMENSI
1 Joko Hartadi, 1 Taufiq Ihsanudin, 1 Oktavia Dewi Alfiani, dan 2 Dessy Apriyanti
1 Staf Pengajar Teknik Geomatika Fakultas Tenologi Mineral UPN “Veteran” Yogyakarta
2 Staf Pengajar Teknik Geodesi Fakultas Teknik Universitas Pakuan Bogor
e-mail : jokohartadi@upnyk.ac.id
Abstrak. Penggunaan  action  camera  untuk  pengumpulan  data  dapat  diterapkan  untuk  pengambilan data  spherical photogrammetry. Data  foto diambil dengan memposisikan kamera pada  salah satu titik exposure.  Titik  ini  menjadi  sumbu  rotasi  kamera  saat  melakukan  pengambilan  foto  dengan  sudut pandang  360°.  Overlap  kamera  panoramik  dibuat  vertikal  untuk  mendapatkan  foto  stereo  fasad  candi yang akan dibuat model tiga dimensinya. Pembuatan foto panorama memerlukan beberapa foto dengan membuat  bagian  dari  foto  yang  saling  bertampalan  (overlap).  Kelebihan  foto  ini  ialah  dengan  sekali berdiri  alat  dapat  meliput  sudut  pandang  360°  dalam  arah  horisontal  dan  180°  dalam  arah  vertikal. Permukaan  objek  yang  dimodelkan  dapat  direpresentasikan  dalam  bentuk  mesh.  Mesh  (dalam komunitas  komputer  grafik)  diperoleh  dari  penggabungan  titik-titik  yang  menghubungan  setiap  fitur yang  sama  menjadi  jaring  segitiga  atau  biasa  disebut  sebagai  triangular  irregular  network  (TIN)  dalam fotogrametri. Hasil akhir dari rekonstruksi objek adalah model 3D yang memiliki tekstur.
Kata Kunci : action camera; spherical photogrammetry; model 3D
Abstract. The use of action camera for data collection can be applied to spherical photogrammetry. 3D model data from the acquisition of action camera produces different models with the original form of the object. Photo data was taken by positioning the camera at one exposure point. This point was used as the  camera's  rotational  axis  when  shooting  at  360  °  viewing  angle.  Overlap  panoramic  camera  was made be vertical to get stereo photo of the temple facade which will be made 3D model. The generation of panoramic photo needs some photos which generate a part from overlapping area. The benefit of this photo is could 360 degree point of view horizontally and 180 degree vertically by only using one stand instrument.  The  surface  of  the  object  can  be  represented  in  mesh  form.  Mesh  (in  the  computer  graph community)  was  derived  from  integration  of  the point  which  connected  with  the  same  features  into  a triangular net, it known as Triangular Irregular Network (TIN) in photogrammetry. Final result of object reconstruction is 3D model which having texture.
Keywords: action camera; spherical photogrammetry; 3D mode

## PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi saat ini, penggunaan  action  camera  untuk  pengumpulan data  geospasial  menjadi  sesuatu  yang  populer. Action Camera atau Kamera Aksi adalah perangkat kamera  yang  dirancang  dengan  tombol  dan  fungsi yang simpel untuk mengabadikan berbagai momen. Berbagai  jenis  action  camera  seperti  GoPro  Hero dan  Xiaomi  Yi  telah  beredar  dipasaran  dengan harga  yang  terjangkau.  Pada  dasarnya action camera yang  merupakan  kamera  digital  dengan karakteristik ringan, berdimensi kecil, tahan air, dan field of view (FOV) yang lebar dikembangkan untuk kegiatan  olahraga  maupun  fotografi  dasar  laut. Berdasarkan  karakteristiknya,  penggunaan  action camera mulai meluas untuk kegiatan pengumpulan
data  menggunakan  Unmanned  Aerial  Vehicle (UAV),  mobile  mapping  system,  maupun  kegiatan fotogrametri lainnya (Teo, 2015). Gambar dibawah ini  adalah  contoh  kamera  action  camera  tipe Xiaomi Yi.
Secara  umum,  action  camera  memudahkan pengguna  untuk  melakukan  pengambilan  data geospasial.  Data  geospasial  yang  dimaksud  dapat berupa  data  model  tiga  dimensi.  Penggunaan action camera dalam pengambilan data ini memiliki kelebihan yaitu bersifat fleksibel dan membutuhkan  biaya  minimal  (Cruz  dkk,  2015). Penggunaan  action  camera    dalam  pengambilan data dapat dilakukan dengan metode  fotogrametri jarak  dekat.  Metode  ini  memungkinkan  pengguna untuk mengambil data dalam rentang jarak kurang dari 300 meter (Wolf dkk, 2014).
Salah  satu  aplikasi  fotogrametri  jarak  dekat metode  teristris  adalah spherical  photogrammetry atau  foto  panorama.  Pembuatan  foto  panorama memerlukan  beberapa  foto  yang  diambil  dengan membuat  beberapa  bagian  dari  foto  saling bertampalan  ( overlap ).  Pertampalan  tiap-tiap  foto dengan  tujuan  foto  memiliki  sudut  pandang  yang lebih  luas  dibandingkan  dengan  foto  awal. Kelebihan  foto  ini  dengan  sekali  berdiri  alat  dapat memiliki sudut pandang 360 ° dalam arah horisontal dan  180 ° dalam  arah  vertikal.  Foto  panorama memberikan  lebih  banyak  informasi  spasial dibandingkan sebuah foto tunggal pada umumnya. Foto panorama mendapatkan pandangan lebar dari satu  kali  berdiri  alat.  Sedangkan  kekurangan  foto panorama  ialah  efek  pergeseran  kamera,  objek terlihat  cembung,  perbedaan  nilai  kecerahan  foto, dan kesalahan distorsi foto.
Tiap-tiap  action  camera  memiliki  perbedaan dari  segi  spesifikasi  seperti  sensor  kamera  dan fokus  kamera.  Lensa  yang  digunakan  berbentuk wide  lens  sehingga  tingkat  distorsi  yang  dihasilkan jauh  lebih  besar  (Balleti  dkk,  2014).  Hal  tersebut mengakibatkan  hasil  perekaman  suatu  objek berbeda  signifikan  dibandingkan  dengan  bentuk aslinya.  Untuk  itu  perlu  dilakukan  koreksi  distorsi pada  hasil  perekaman  objek.  Koreksi  distorsi dibutuhkan agar didapatkan data foto yang akurat. Untuk  melakukan  koreksi  distorsi  digunakan parameter-parameter geometrik lensa yang dihasilkan dari proses kalibrasi kamera.
Alat  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah  Xiaomi  Yi.  Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah pemanfaatan  action  camera  pada  perekaman spherical  photogrammetry  untuk  pembuatan model tiga dimensi. Pengumpulan data pemotretan dilakukan  di  Gerbang  Candi  Ratu  Boko  Dukuh Dawung,  Desa  Bokoharjo  dan  Dukuh  Sumberwatu,
Desa Sambireja, Kecamatan Prambanan, Kabupaten Sleman, Yogyakarta.

## METODOLOGI
Bahan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah data pemotretan spherical photogrammetry menggunakan Action  Camera .  Data  foto  diambil dengan memposisikan kamera pada salah satu titik exposure .  Titik  ini  menjadi  sumbu  rotasi  kamera saat  melakukan  pengambilan  foto  dengan  sudut pandang  360°.  Overlap  kamera  panoramik  dibuat vertikal untuk mendapatkan foto stereo fasad candi yang  akan  dibuat  model  tiga  dimensinya. Konfigurasi  pengambilan  gambar  metode  spherical photogrammtry dapat dilihat pada gambar 2.

## Gambar 2. Konfigurasi kamera pengambilan objek
Cruz  dkk  (2015)  melakukan  penelitian  yang bertujuan  mengembangkan  sistem  fotogrametri untuk  pemodelan  tiga  dimensi  agar  hasil pemodelan  menggunakan  action  camera  (GoPro) memiliki ketelitian yang hampir setara dengan data model  tiga  dimensi  menggunakan  survei  terestris. Konsep  utama  yang  digunakan  adalah  konsep sterioskop  dengan  memanfaatkan  dua  eksposur yang  simultan  untuk  memproses  data  dari  dua kamera yang menangkap gambar secara bersamaan.
Para  peneliti  terus  mengembangkan  metode spherical  photogrammetry ,  baik  dalam  unsur ketelitian,  kemanfaatan,  produk,  dan  alur  kerja akuisisi datanya di lapangan. Spherical photogrammetry menunjukkan  metode  yang efisien  dalam  menciptakan  produk  dokumentasi arsitektur (Alsadik, 2014), dan salah satu produknya adalah  citra  panorama.  Dokumentasi  arsitektur
berupa citra panorama ini dapat  diperoleh dengan cepat,  biaya  survey  yang  rendah,  dan  memiliki ketelitian data yang baik (Fangi, 2015).
Optimasi  pembuatan  foto  panorama  untuk mengurangi  distorsi  pernah  diteliti  oleh  Pramulyo (2016).  Data citra  panorama  yang  telah  direkam tahap  selanjutnya  ialah  dilakukan stitching .  Proses stitching citra panorama adalah teknik menggabungkan  beberapa  citra  menjadi  citra dengan  sudut  pandang  yang  lebih  luas,  resolusi lebih  tinggi,  dan  cepat,  namun  memiliki  distorsi yang  besar.  Distorsi  ini  perlu  dikoreksi,  yaitu dengan  melakukan  kalibrasi  kamera  sebagai  alur kerja  tambahan  pada spherical  photogrammetry . Hasilnya  menunjukkan  bahwa  kalibrasi  kamera dapat  mengkoreksi  distorsi,  mengoptimasi  kualitas data  citra  panorama,  dan  meningkatkan  efisiensi alur  kerja spherical  photogrammetry sebagai terobosan  bagi  teknologi  dokumentasi  arsitektur yang lebih baik.

## HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Kablibrasi Kamera
Kalibrasi kamera digunakan untuk menentukan parameter orientasi dalam atau internal orientation parameter (IOP).  Balletti  dkk  (2015)  melakukan penelitian  terkait  dengan  berbagai  macam  proses kalibrasi  terhadap  action  camera  menggunakan beberapa  perangkat  lunak  untuk  keperluan fotogrametri.  Hasil  penelitian  ini  menyebutkan bahwa  kalibrasi  kamera  dapat  mengurangi  distorsi yang  terjadi  dan  meningkatkan  ketelitian  hasil pemodelan.
Kamera  yang  telah  dikalibrasi  memiliki parameter  panjang  fokus  (f),  principle  point  (xo, yo),  dan  distorsi  lensa  (K1,  K2,  K3,  P1,  P2)  telah diketahui.  Hasil  kalibrasi  kamera  1  dan  kamera  2 untuk  pemotretan spherical  photogrammetry dilihat pada tabel 1.
Tabel 1. Hasil kalibrasi kamera. Parameter Kamera 1 Kamera 2 (piksel) (piksel) f 1.898,072 2.097,146 X0 471,936 -152,670 Y0 26,184 -16,081 k1 1,388 0,547 k2 -1,118 -0.761 k3 1,489 1,961 p1 0,286 -0,055 p2 0,084 -0,002
Nilai  kalibrasi  tersebut  merupakan  besaran kesalahan akibat tidak sempurnanya lensa kamera, maka  saat  proses  foto  diperlukan  nilai  parameter untuk meminimalisir distorsi foto. Panjang fokus (f) adalah  jarak  tegak  lurus  antara  titik  pusat  lensa (titik  fokus)  dengan  bidang  proyeksi  kamera (CCD/CMOS) dalam kamera. Principle point (xo, yo) atau  titik  pusat  foto  merupakan  titik  utama  hasil proyeksi  tegak  lurus  titik  pusat  prespektif  (titik pusat  proyeksi)  pada  bidang  foto.  Titik  ini merupakan titik utama pada sistem koordinat foto. Distorsi lensa (K1, K2, K3, P1, P2) adalah kesalahan pada  lensa  yang  menyebabkan  hasil  foto  objek tidak mencerminkan objek sebenarnya di lapangan. Distorsi menyebabkan tidak  tepatnya proyeksi dari pusat  prespektif  lensa  terhadap  bidang  foto, sehingga letak proyeksinya tidak tepat pada sistem koordinat foto.

## Pendefinisian Stasiun
Stasiun  digunakan  untuk  mengelompokkan foto  mana  saja  yang  akan  dibuat  panoramanya. Satu  stasiun  terdiri  atas  beberapa  foto  yang memiliki  tampalan,  yaitu  foto  yang  diambil  dari satu  kamera.  Pembuatan  folder  foto  dari  masing- masing kamera dengan tujuan pengelompokan foto berdasarkan  dengan station posisi  kamera  pada satu sumbu vertikal.

## REKONSTRUKSI OBJEK
Tahap  kedua  adalah stitching  photos yang digunakan  untuk  mengekstraksi  titik-titik  yang sama  dari  setiap  foto.  Titik-titik  tersebut memungkinkan setiap fitur digabungkan berdasarkan kesamaan derajat keabuan piksel pada setiap fitur.  Setiap stasiun menghasilkan satu buah foto panorama 360° yang diproses secara langsung dari  semua  foto  untuk  menghasilkan  stereo panorama  360°.  Gambar  3 adalah  tampilan  dari titik-titik  ikat  yang  dihasilkan  saat  proses penggabungan foto-foto membentuk stereo panorama.
Gambar 3.a. titik-titik yang sama dari foto 1.
Gambar 3.b. titik-titik yang sama dari foto 2.
Titik-titik  pada  objek  dibentuk  berdasarkan kesamaan derajat keabuan setiap fitur didalamnya. Titik-titik  dengan  kesamaan  derajat  keabuan dideteksi  secara  otomatis  dan  dianggap  sebagai fitur  yang  sama.  Hal  ini  menyebabkan  beberapa fitur  dengan  kondisi  yang  serupa  (homogen)  yaitu fitur  dengan  nilai  derajat  keabuan  yang  sama  dan fitur  dengan  kondisi  tekstur  yang  halus  dapat mengalami kesalahan dalam pendefinisiannya. Fitur yang seharusnya berbeda didefinisikan sebagai satu kelas yang sama. Titik-titik tersebut saling mengikat satu  sama  lain  sehingga  dapat  terbentuk  foto stereo panorama.
Penelitian  ini  menggunakan  beberapa  buah foto  dari  dua  stasiun  yang  berbeda.  Gambar  4 tersebut  merupakan  stasiun  pemotretan  dengan konfigurasi  kamera  secara  vertikal.  Konfigurasi kamera  ini  menghasilkan  foto  panorama  yang bertampalan atas bawah dan menghasilkan sebuah foto stereo panorama.

## Gambar 4. Hasil stereo vertikal foto panoramik
Proses selanjutnya adalah pembentukan dense point  cloud . Dense  point  cloud merupakan interpolasi  dari  titik  ikat  hasil image  stitching , sehingga  titik-titik  yang  dihasilkan  jauh  lebih  rapat dan  mampu  menggambarkan  objek  lebih  jelas. Dense  point  cloud telah  memiliki  koordinat  tanah sesuai  dengan  koordinat  yang  didefinisikan sebelumnya.  Hasil  dari dense  point  cloud ditampilkan dalam gambar 5.

## Gambar 5. Hasil dense point cloud
Dense  point  cloud yang  telah  terbentuk dihubungkan  satu  sama  lain  membentuk  jaring segitiga  atau  triangular  irregular  network  (TIN). Proses ini disebut sebagai proses pembuatan mesh atau  model  geometri.  Metode  yang  digunakan dalam  pembuatan mesh adalah  metode arbitrary . Metode  ini  merupakan  metode  pembentukan geometri permukaan untuk berbagai macam objek yang diakuisisi dari jarak dekat, misalnya candi, dan bangunan.

## Gambar 6. Hasil pembentukan mesh
Pembuatan  model  3D  dilanjutkan  ke  tahap pemberian  tekstur  pada  permukaan  objek.  Proses texturin g  ini  bertujuan  agar  model  3D  yang dihasilkan memiliki kenampakan yang mirip dengan kondisi di lapangan. Hal tersebut dilakukan dengan menampalkan  sebuah  foto,  sebagian  foto,  atau keseluruhan foto di atas permukaan objek. Konsep dasar pembentukan tekstur ini yaitu mengkombinasikan  nilai  piksel  dari  berbagai  foto dengan  fitur  yang  sama.  Untuk  menghasilkan tekstur  yang  baik,  beberapa  metode  dapat diterapkan  sesuai  dengan  kebutuhan.  Hasil  preses tekstur model 3D dapat dilihat pada gambar III.10.
Gambar  7. hasil pembuatan tekstur model 3D spherical photogrammetry
Pemotretan sperichal
Photogram metry menghasilkan  foto  fasad  candi  disetiap  sisi-sisinya. Hasil stitching menunjukkan  konfigurasi  kedua kamera  secara  vertikal  dan  membentuk  sudut pandang  360°.  Hasil  akhir  dari  rekonstruksi  objek adalah  model  3D  yang  telah  memiliki  tekstur. Model  3D yang dihasilkan  dari spherical photogrammetry merupakan dalam sistem koordinat lokal. Hasil pemodelan tiga dimensi candi ratu boko dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar  8. Hasil model 3D Candi Ratu Boko.

## PENUTUP

## Simpulan dan Saran
Simpulan  dalam  penelitian  ini  adalah action camera dapat  digunakan  untuk  pemotretan fotogrametri  jarak  dekat  metode spherichal photogrammetry .  Saat  pemrosesan  foto  hasil perekaman  menggunakan action  camera perlu dilakukan  kalibrasi  agar  dapat  meminimalisir distorsi kamera.
Pemotretan objek sebaiknya dilakukan dengan memperbanyak  stasiun  pemotretan  agar  semakin detil  objek  yang  diperoleh.  Pemotretan  dalam tempo  waktu  yang  cepat  untuk  menghindari perubahan cuaca. Perubahan cuaca mengakibatkan tingkat  kecerahan  foto  berbeda-beda  sehingga berpengaruh saat proses image matching.

## Ucapan Terima Kasih
Penulis  mengucapkan  terimakasih  kepada Balai  Besar  Cagar  Budaya  Kawasan  Wisata  Candi Ratu  Boko  Yogyakarta  yang  telah  memberikan  izin untuk lokasi penelitian.

## DAFTAR PUSTAKA
Alsadik,  B.  S.  A.  (2014).  Guided  Close  Range Photogrammetry  for  3D  Modelling  of  Cultural Heritage Sites. Netherlands: ITC Printing Department.
Balletti,  C.,  Guerra,  F.,  Tsioukas,  V.  and  Vernier,  P., (2015).  “Calibration  of  Action  Camera  for Photogrammetric  Purposes”,  Sensors,  14:  17471- 17490
Cruz, D., Patricia Kristen.,Magtalas, M. S. Lyle., Principe, Jeark.,  (2015).  “3D  Model  Generation  Using Photogrammetric  Analysis  of  Paired  GoProTM Video”, Philippines.
Fangi,  G.  (2015).  Towards  an  Easier  Orientation  for Spherical  Photogrammetry.  The  International Archives  of  the  Photogrammetry,  Remote  Sensing
and Spatial Information Sciences, Volume XL-5/W4, pp. 279-283.
Pramulyo, H. (2016). Towards Better 3d Model Accuracy
With Spherical Photogrammetry. Thesis Department of Geodesy and
Geomatics Engineering ITB, Bandung. Teo,  Tee-Ann.,  (2015).  “Video-based  Point  Cloud Generation Using Multiple Action Camera”, Taiwan. Wolf,  Paul  R,.  Dewitt,  Bon  A.,  Wilkinson,  Benjamin  E.,
(2014). Element of Photogrammetry with
Applications  in  GIS,  4th  edition , McGraw-Hill  Book Company. ISBN: 978-0-07-176111-6.
-----------------