STABILISASI GERAKAN KAMERA MENGGUNAKAN KALMAN FILTER

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dewasa ini perkembangan dan kemajuan teknologi dunia industry sangatlah pesat khususnya perkembangan teknologi dalam bidang control menunjukan perkembangan yang cukup berarti dari waktu ke waktu. Hingga kini semakin banyak sistem yang dapat dikontrol secara otomatis yang pada akhirnya membawa pengaruh pada kehidupan manusia makin mempermudah manusia dalam mengerjakan segala aktifitas sehari-hari yang tidak terbatas pada ruang dan waktu. Perkembangan teknologi yang semakin pesat tersebut membuat persaingan semakin meningkat dan bersaing untuk menjadi yang terbaik. Teknologi baru diharapkan dapat memberikan kemudahan dalam teknologi yang lain,proses-proses yang dikerjakan secara manual dapat dilakukan secara otomatis, akurat dan efisien.

Dalam dunia otomotif khususnya dunia balap, sering kali dijumpai gambar dari rekaman kamera yang terpasang pada kendaraan pembalap sepertinya tidak terpengaruh terhadap gerakan belokan maupun kemiringan dari kendaraan tersebut. Jika dicermati dengan baik, hasil rekaman gambar dari kendaraan pembalap akan selalu sejajar dengan bumi atau dengan kata lain stabil meskipun dalam keadaan tidak tenang dan bergetar. Selain itu dapat dilihat penggunaan pada proses perekaman film terutama film dengan genre action,dimana kamera yang digunakan pada proses pengambilan gambar maupun proses perekaman dipasang pada suatu mekanik tertentu sehingga dapat mengambil gambar maupun video dalam posisi apapun.

2

perlengakapan yang harus dipersiapkan sebelum melakukan pengambilan gambar karena harus mengatur posisi dan lain lainnya, hal ini sangatlah tidak praktis jika pengambilan gambar dilakukan ditengah hutan ataupun tempat tempat yang sangat sulit dilakukan penyetingan alat camera.

Dari latar belakang inilah penulis menginginkan membuat stabilisasi gerakan kamera yang pada dasarnya kamera umumnya tidak dapat mempertahankan posisinya dengan mulus karena berbagai hambatan seperti angin maupun gerakan-gerakan yang dibuat manusia sendiri sehingga membuat dan mempengaruhi hasil pengambilan gambar maupun video menjadi kurang focus, terjadi efek blur pada gambar atau bisa juga hasil video menjadi bergoyang-goyang dengan memanfaatkan sensor gyroscopedan accelerometer. Filter digital yang digunakan adalah kalman filter untuk mendapatkan data kemiringan yang lebih akurat dengan memanfaatkan dua masukan dari sensor gyroscope dan accelerometer. Penggunaan sensor accelerometer atau sensor kemiringan dapat memberikan pengukuran sudut saat sistem berada pada posisi diam sedangkan saat sistem pada keadaan berotasi accelerometer tidak bisa bekerja secara maksimal karena memiliki respon yang lambat, kemudian respon inilah yang dapat diatasi oleh sensor gyroscope karena sensor gyroscope dapat membaca kecepatan sudut yang dinamis.

1.2 Rumusan Masalah

Permasalahan yang berusaha ditangani dalam tugas akhir ini dapat dirumuskan sebagai berikut:

1. Bagaimana desain sistem penstabil gerakan kamera secara keseluruhan menggunakan MATLAB.

2. Bagaimana menerapkan metode kalman filter pada sistem stabilisasi gerakan kamera.

3. Bagaimana kerja metode kalman filter dalam memperhalus dan mengurangi gangguan maupun blur pada hasil gambar atau video.

4. Seberapa akurat penggunaan kalman filter mengurangi gangguan pada hasil gambar maupun video.

1.3 Tujuan

Tujuan dari tugas akhir ini adalah:

1. Mendesain sistem penstabil gerakan kamera menggunakan matlab secara keseluruhan yang berguna menstabilkan camera agar selalu sejajar dengan bumi dalam keadaan apapun.

2. Menggunakan dan menerapkan metode kalman filter untuk memperhalus dan mengurangi noisedari hasil gambar atau video yang dihasilkan.

3. Mengetahui tingkat akurasi dan efisiensi dari metode kalman filter.

1.4 Batasan Masalah

1. Pembahasan lebih mengutamakan pada proses stabilisasi gerakan kamera menggunakan metode kalman filter.

2.

Pemanfaatan pengambilan data dari data primer yang didapat dari keluaran sensor accelerometerdan gyroscopemelalui percobaan secara real. Proses estimasi data yang telah diperoleh dilakukan secara offline menggunakan MATLAB.

4 1.5 Metodologi

Metodologi yang digunakan dalam penyusunan tugas akhir ini meliputi:

1. Studi Literatur,

Studi Literatur Sebagai landasan dalam melakukan sebuah penulisan, diperlukan teori penunjang yang memadai, baik mengenai ilmu dasar, metode penelitian, teknik analisis, maupun teknik penulisan. Teori penunjang ini dapat diperoleh dari buku pegangan, jurnal ilmiah baik nasional maupun internasional, serta media online. Tahap ini dapat dilakukan di mana saja dan dilakukan sepanjang proses pengerjaan tugas akhir hingga menjelang penulisan buku.

2. Permodelan Sistem

Permodelan merupakan salah satu tahap paling penting dan memakan waktu dalam pengerjaan tugas akhir. Jika permodelan yang dibuat tidak tepat, analisis sistem yang dihasilkan pun menjadi tidak tepat. Hal ini dapat menyebabkan kesalahan dalam perancangan estimasi. Karena memerlukan plant nyata.

3. Perancangan Estimasi

Setelah didapatkan data dari keluaran sensor gyroscopedan accelerometer, kemudian dilakukan perancangan estimasi. Metode estimasi yang digunakan adalah metode estimasi Kalman Filter. Data yang didapat kemudian akan diuji melalui MATLAB.

5. Pengumpulan Data dan Analisis Proses pengumpulan data merupakan satu kesatuan dengan implementasi. Setelah proses implementasi berhasil dilakukan, respon sistem diukur melalui data. Data numerik yang dikumpulkan bertujuan untuk membuktikan bahwa respon sistem dapat mengikuti perubahan kondisi yang diberikan. Pengujian dilakukan minimal sebanyak dua kali dengan tujuan meningkatkan tingkat ketelitian pengukuran. Setelah data tervalidasi, dilakukan analisis terhadap data. Analisis ini membandingkan antara hasil implementasi dengan teori yang telah dipelajari. Melalui analisis ini, dapat dirumuskan kesimpulan dan rekomendasi terhadap penelitian yang telah dilakukan.

6.

Penulisan Buku Tahap ini merupakan bagian akhir dari penulisan tugas akhir. Penulisan buku ini berupa laporan ilmiah yang mencakup semua proses pengerjaan tugas akhir, mulai dari teori yang digunakan hingga kesimpulan dan rekomendasi yang dihasilkan dari penelitian. Semua tahap pengerjaan tugas akhir didokumentasikan secara sistematis sehingga menjadi sebuah pendukung dari rangkaian penjelasan yang ada. Selain buku, dibuat pula prosiding sebagai ringkasan dan materi tugas akhir berupa slide presentasi. Setelah buku selesai dibuat, dilakukan mekanisme pengesahan yang meliputi pengajuan tanda tangan, draft buku, buku, dan prosiding tugas akhir.

1.6 Sistematika Pembahasan

Penulisan tugas akhir ini disusun dalam lima bab yang masing-masing membahas permasalahan yang berhubungan dengan tugas akhir yang telah dibuat dengan sistematika penulisan sebagai berikut:

1. BAB I PENDAHULUAN

6 2. BAB II LANDASAN TEORI

Pada bab II ini akan dibahas teori-teori yang mendukung dan digunakan dalam perencanaan serta teori yang mendasari penyusunan tugas akhir ini yang meliputi: gambaran umum mengenai algoritma Kalman Filter, dan sensor- sensor yang digunakan untuk mendapatkan data.

3. BAB III PERANCANGAN PEMODELAN SISTEM

Pada bab III akan membahas tentang Perencanaan dan mendesaian sistem secara keseluruhan dan dijelaskan secara detail sistematis perancangan blok diagram sistem dan rangkaian sistematis dari sistem menggunakan matlab serta pemanfaatan dan pengambilan data dari keluaran sensor gyro dan accelerometer.

4. BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA

Pada bab IV pengujian dan analisa, berisi tentang analisa data yang diperoleh dari system yang telah dibuat pada matlab, kemudian data yang diperoleh diolah dengan menggunakan metode kalman filter untuk menghilangkan noisedari inputan sensor agar sistem tetap stabil.

5. BAB V PENUTUP

STABILISASI GERAKAN KAMERA MENGGUNAKAN

KALMAN FILTER

SKRIPSI

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan Akademik dalam Menyelesaikan Program Sarjana (S-1) Teknik

Disusun Oleh:

RENI JUANETTA

NIM : 201110130311053

JURUSAN ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

!!!

z0s9€08l1,0

'N(IIN

IIAI'rl8^Iprsht

J|IY

rnN'rI

orplelg

{$r{eI

uB$unf

glua)

'rnqapSuaprg

(

g

_1[nEua6

)

( 11[n8ua4

)

(

g

Eulqulqued

₎

(

I Eulqqqrned

₎

:qe1o rnfnpsrg

9I0Z roqule^oN

grcZreqor{o

_vz

: ?pnsl/t\ eporlad :

uulln pE8rml

gglr rg0€r0[I r0z

3]1[IN

EtlerBnrluru

:gelo

Eueleyrlqedputuuuqnry ss$sre

FIn

p

OS)

{.nDteJ auu$aS relog qsloredmepq predg nres TIEIBS lqnuaulsI J {1t}un ueryntetg

Uf,ITIf,

NY'lruYX

NYXYNNOSNU}IT

YUf,I^tTTX

ISYSITIf,YTS

I0s9s0s0t0'NorN

NYHYSf,CNgd

UYBIAIf,T

Kata Pengantar

Dengan memanjat puji syukur kehadirat Allah SWT. Atas rahmat dan hidayahNyasehingga penulis dapat menyelesaika tugas akhir ini dengan baik. Shalawat serta salam tak lupa dipanjatkan kepada revolusioner besar sepanjang sejarah peradaban manusia yaitu Nabi Muhammad SAW yang telah memberikan pencerahan dimuka bumi ini.

Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan studi S1 Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang. Tugas akhir ini berjudul “ STABILISASI GERAKAN KAMERA MENGGUNAKAN KALMAN FILTER”

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun guna kesempurnaan agar tulisan ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan kedepan.

Malang, 02 November 2015

x

DAFTAR ISI

LEMBAR JUDUL

………

i

LEMBAR PERSETUJUAN

………

ii

LEMBAR PENGESAHAN

……….

iii

LEMBAR PERNYATAAN

………

iv

ABSTRAK

...

v

ABSTRACT

……….

vi

LEMBAR PERSEMBAHAN

……….

vii

KATA PENGANTAR

...

ix

DAFTAR ISI

………

x

DAFTAR GAMBAR

………

xiii

DAFTAR TABEL

………

xv

BAB I PENDAHULUAN

………

1

1.1

Latar Belakang

………...

1

1.2

Rumusan Masalah

………..

3

1.3

Tujuan

………

3

1.4

Batasan Masalah

………

3

1.5

Metodologi

……….

4

1.6

Sistematika Penulisan

………

. 5

BAB II LANDASAN TEORI

………..

7

2.1 Stabilisasi

………

7

2.2

Kamera

………

7

2.3

Gyro

scope………

... 9

2.4

Accelerometer

……….

10

2.5

Modul MPU 6050

………

..

11

xi

2.6.1 Prinsip Kerja Motor Servo

……….

13

2.6.2 Jenis-Jenis Motor Servo

……….

14

2.6.3 Pengaturan Motor Servo

……….

15

2.6.4 Motor servo Towerpro MG996R

………

... 15

2.7 Matlab

………..

17

2.7.1 Karakteristik Matlab

………

18

2.7.2 Bagian-Bagian Penting Matlab

………

19

2.8

Simulink

………..

20

2.9

Filter Digital

………...

21

2.10 State of the art Kalman Filter

………..

22

2.10.1 Algoritma Kalman Filter

……….

25

2.10.1.1 Extended Kalman Filter

………..

29

2.10.1.2 Ensemble Kalman Filter

……….

32

2.10.1.3 Uncented Kalman Filter

………..

35

2.10.1.4 Fractional Kalman Filter

……….

38

2.11 Penggunaan Kalman Filter Untuk Kontrol

……….

38

BAB III PERANCANGAN PEMODELAN SISTEM

………..

40

3.1

Mendap

atkan Data Sensor………..

41

3.2

Perancangan Pemodelan Sistem……….

41

3.3

Struktur Model……….………..

42

3.4

Kalman Filter

………..

44

3.5

Perhitungan Nilai Estimasi dan Kovarian

Error……….

46

3.6

Pemodelan Kalman Filter da

n Parameternya……….

49

BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA

………..

53

4.1 Rangkaian Simul

asi………...

53

4.2

Pengujian Kalman Filter………

54

4.3

Analisa Kalman

Filter………

56

4.3.1 Grafik Hasil Sens

or Roll………..

58

xii

BAB V PENUTUP

………..

70

5.1

Kesimpulan………

70

5.2

Saran………..

70

DAFTAR LAMPIRAN

Tabel 1 Data keluaran sensor

………

1

Memasukkan Data Input-Output Untuk Transfer Function

………

. 3

Program M-Files Kalman Filter Pada Matlab

………

.. 6

Listing Program Untuk Data Random

………

. 7

71

DAFTAR PUSTAKA

Anggraini , Tuti, dkk. 2014. Implementasi Kalman Filter Untuk Penstabil

Kamera Dua Aksis. Politeknik Negeri Padang : Sumatra Barat.

Hartono, Thomas, dkk. “Analisa dan design sistem control dengan

MATLAB”. Yogyakarta

.

Laksana, Andra,

dkk. 2012. “

Balancing Robot Beroda Dua Menggunakan

Metode Ken

dali Proporsional Integral”

. Tugas akhir sarjana

Universitas Diponegoro : Semarang.

Lin, Chin Teng dan C.S.George Lee. 1996.

“

International Edition Neural

Fuzzy System A Neuro- Fuzzy Synergism to Intelligent Systems

”

.

Prentice- Hall International, Inc: Unites States Of America.

M, David Koenig. 2009. “Practical Control Engineering a Guide For

Engineers, Managers, and Practiti

oners”. Mc Graw

- Hill

Publishing company : Newyork.

Mitra, Sanjit K . 1999. “Digital Signal Processing Laboratory Using

MATLAB”.

Mc Graw-Hill : London.

Sembiring. Jaka P. 2013. ” Sistem Kontrol PID Pada Balancing Robot

Menggunakan

Sensor Gyroscope dan Accelerometer”. STMIK

Teknokrat : Bandar Lampung.

Shahian, Bahran, dkk. 1993. “ Control system design using matlab”.

72

Sulistyowati, Riny, dkk.

“

Rancang Bangun Sistem Kontrol TILT ROLL

Kamera

Digital

Berbasis

Mikrokontroler

ATMEGA

8

Menggunakan

Sensor Accelerometer”. ITAT : Surabaya

Tandil, Danny, dkk. 2012. “Pengaplikasian Kalman Filter dan Kendali

PID Sebagai penyeimbang Robot Roda Dua”.

Universitas Bina

Nusantara : Jakarta.

Umaria, Fahrizal. 2015. Handheld Stabilizer Dengan Sensor Gyroscope.

Universitas Muhammadiyah Malang : Malang.