Perancangan dan Implementasi Pengukuran Jarak dan Tinggi Objek
Berbasis Kamera pada Perangkat Mobile
Zulkhairi1, Yohana Dewi Lulu W2, Memen Akbar3
Program Studi Teknik Informatika Jurusan Komputer Politeknik Caltex Riau Jl. Umbansari no.1 Rumbai Pekanbaru 28265
1[email protected], 2[email protected], 3[email protected]
Abstrak
Perkembangan perangkat mobile saat ini tidak hanya terbatas sebagai alat komunikasi, melainkan sudah dapat menjadi alat bantu bagi manusia dalam melakukan kegiatan sehari-hari, salah satunya adalah kamera dalam sebuah perangkat mobile. Penggunaan kamera pada perangkat mobile dapat lebih dimaksimalkan dengan membuat sebuah aplikasi yang dapat melakukan pengukuran jarak dan tinggi dari sebuah objek. Metode yang diterapkan pada pengukuran ini dengan menggunakan rumus kesebangunan segitiga yang terbentuk dari proses pembentukan bayangan dengan menggunakan sinar-sinar istimewa pada lensa cembung yang ada di dalam sebuah kamera. Hasil pengukuran dipengaruhi oleh spesifikasi pada kamera perangkat mobile serta ketelitian user dalam melakukan pengukuran. Semakin tinggi spesifikasi kamera perangkat mobile yang digunakan akan membantu ketelitian user dalam melakukan pengukuran sehingga memperkecil galat dari hasil pengukuran. Aplikasi ini dirancang untuk digunakan pada perangkat mobile berbasis android.
Kata kunci: kamera, pengukuran, perangkat mobile, lensa, android.
Abstrak
Perkembangan perangkat mobile saat ini tidak hanya terbatas sebagai alat komunikasi, melainkan sudah dapat menjadi alat bantu bagi manusia dalam melakukan kegiatan sehari-hari, salah satunya adalah kamera dalam sebuah perangkat mobile. Penggunaan kamera pada perangkat mobile dapat lebih dimaksimalkan dengan membuat sebuah aplikasi yang dapat melakukan pengukuran jarak dan tinggi dari sebuah objek. Metode yang diterapkan pada pengukuran ini dengan menggunakan rumus kesebangunan segitiga yang terbentuk dari proses pembentukan bayangan dengan menggunakan sinar-sinar istimewa pada lensa cembung yang ada di dalam sebuah kamera. Hasil pengukuran dipengaruhi oleh spesifikasi pada kamera perangkat mobile serta ketelitian user dalam melakukan pengukuran. Semakin tinggi spesifikasi kamera perangkat mobile yang digunakan akan membantu ketelitian user dalam melakukan pengukuran sehingga memperkecil galat dari hasil pengukuran. Aplikasi ini dirancang untuk digunakan pada perangkat mobile berbasis android.
Kata kunci: kamera, pengukuran, perangkat mobile, lensa, android.
1 Pendahuluan
Saat ini penggunaan perangkat mobile tidak hanya terpaku sebagai alat untuk berkomunikasi, tetapi sudah dapat menjadi pembantu manusia dalam melakukan kegiatan sehari-hari seperti tambahan perangkat keras kamera yang digunakan untuk merekam dan mengambil gambar dari momen tertentu. Suatu gambar yang berada di dalam sebuah kamera atau lensa merupakan hasil penggambaran dari suatu objek nyata. Pembentukan gambar di dalam sebuah kamera dapat membantu untuk melakukan suatu pengukuran jarak dan tinggi objek, sehingga dapat menjadi alternatif pengganti alat ukur yang sudah ada sebelumnya seperti pita ukur dan theodolit yang kadang kala pada saat digunakan mengalami kesulitan. Pratomo [1] menyatakan bahwa “pita ukur sering mengalami penyusutan akibat faktor penarikan” dan
theodolit merupakan alat dengan harga yang cukup mahal dan memerlukan tenaga ahli khusus untuk mengoperasikannya.
Penelitian ini diharapkan akan memberikan sebuah alternatif dalam melakukan proses pengukuran jarak dan tinggi objek dengan menggunakan perangkat mobile, hal ini dikarenakan perkembangan dan jumlah pengguna perangkat mobile yang semakin banyak.
2 Dasar Teori
2.1
Lensa Pada Kamera
Jenis lensa pada sebuah kamera merupakan lensa cembung.
Supardiono
[2] menyatakan bahwa “lensa cembung adalah lensa yang bagian tengahnya lebih tebal daribagian tepinya, sehingga sinar-sinar biasnya bersifat mengumpul”. Titik fokus aktif dari lensa
cembung terletak di belakang lensa (f positif) dan bersifat konvergen (mengumpulkan cahaya). Lensa ini disebut juga lensa konvergen.
Titik fokus F1 untuk lensa cembung diperoleh dari perpotongan langsung sinar-sinar bias, sehingga fokus F1 adalah fokus nyata dan lensa cembung disebut lensa positif. Pada lensa cembung titik fokus F1 berada di daerah sinar bias [2].
Sinar-sinar istimewa pada lensa cembung :
a) Sinar datang sejajar sumbu utama akan dibiaskan melalui titik fokus F1. Penggambaran sinar dapat dilihat pada gambar 1 di bawah ini.
Gambar 1 Sinar istimewa lensa cembung (a).
(Sumber: Lensa dan Cermin. Departemen Pendidikan Nasional)
b) Sinar datang melalui titik fokus pasif F2 akan dibiaskan sejajar sumbu utama. Penggambaran sinar dapat dilihat pada gambar 2 di bawah ini.
Gambar 2 Sinar istimewa lensa cembung (b).
(Sumber: Lensa dan Cermin. Departemen Pendidikan Nasional)
c) Sinar datang melalui titik pusat optik O akan diteruskan tanpa dibiaskan. Penggambaran sinar dapat dilihat pada gambar 3 di bawah ini.
Gambar 3 Sinar istimewa lensa cembung (c).
2.2 Pembentukan Bayangan Pada Lensa Cembung
Pembentukan bayangan pada lensa cembung dapat dilukis dengan menggunakan sinar-sinar istimewa. Berikut cara melukis pembentukan bayangan pada lensa cembung :
a) Lukis dua buah sinar istimewa.
b) Sinar selalu datang dari depan lensa dan dibiaskan ke belakang lensa. Perpanjangan sinar-sinar bias ke depan lensa dilukis sebagai garis putus-putus.
c) Perpotongan kedua buah sinar bias yang dilukis pada langkah 1 merupakan letak bayangan. Jika perpotongan didapat dari sinar bias, terjadi bayangan nyata, tetapi jika perpotongan didapat dari perpanjangan sinar bias, bayangan yang dihasilkan adalah maya.
Gambar 4 Pembentukan bayangan pada lensa cembung.
3 Perancangan Aplikasi
Pada aplikasi pengukuran tinggi dan jarak objek ini ada dua cara pengukuran, yaitu : a) Dengan memasukkan data.
Pengukuran dilakukan dengan mengetahui informasi dari objek, seperti tinggi
objek atau jarak objek terhadap kamera.
b) Tanpa memasukkan data.
Pengukuran dilakukan tanpa mengetahui informasi dari objek baik disini jarak ataupun tinggi objek dan outputnya adalah tinggi objek dan jarak objek terhadap kamera.
3.1 Teori Tentang Kesebangunan Dua Bidang Datar
Hasil pembentukan bayangan pada lensa cembung dapat di lihat pada gambar 5. Dari pembentukan bayangan lensa cembung tersebut membentuk dua buah segitiga sebangun. Segitiga dikatakan sebangun, salah satunya adalah apabila sudut yang bersesuaian sama besar [3]. Pada gambar 5 dapat di lihat sudut saling berkebalikan ini membuktikan kedua sudut tersebut sama besar dan terdapat sudut siku-siku pada kedua segitiga. Dua hal ini telah membuktikan bahwa kedua segita tersebut sebangun, dikarenakan sudut-sudut yang bersesuaian pada kedua segitiga sama besar. Dengan menggunakan sifat kesebangunan segitiga, menghasilkan rumus untuk mengukur jarak dan tinggi objek.
Keterangan gambar 5 :
X1 = Jarak benda terhadap kamera
Y1 = Tinggi benda sebenarnya
X2 = Focal Length camera
Y2 = Tinggi benda pada camera (bayangan)
Persamaan : Persamaan (1) merupakan persamaan yang terbentuk dari kesebangunan segitiga [4]. Dari persamaan (1) dapat diturunkan menjadi persamaan (2) dan (3). Dimana persamaan (2) digunakan untuk menghitung jarak benda terhadap kamera dan persamaan (3) digunakan untuk menghitung tinggi benda sebenarnya.
Focal lenght dari kamera merupakan jarak dari pusat optik lensa dengan titik fokus yang terletak di sensor atau film [5]. Nilai focal lenght kamera dalam satuan milimeter (mm). Untuk mendapatkan nilai focal length dari kamera pada smart phone android dapat menggunakan perintah berikut [6]:
Camera.Parameters p;
p= mCamera.getParameters();
float focalLength;
focalLenght=p.getFocalLength();
Bayangan dalam sebuah kamera merupakan hasil proyeksi dari lensa [5]. Dimana bayangan tersebut akan jatuh atau terbentuk di atas permukaan sensor yang ada di dalam kamera dan kemudian di proses untuk ditampilkan pada layar perangkat mobile. Untuk menghitung tinggi bayangan di sensor dengan melakukan perbandingan antara ukuran objek di sensor kamera dengan ukuran objek di layar.
Tinggi bayangan ini diukur dalam satuan milimeter (mm). Sehingga tinggi sensor dibagi tinggi gambar untuk mendapatkan ukuran 1 pixel yang ada pada sensor dalam milmeter.
3.2 Use case
Use case diagram sistem ini hanya memiliki satu aktor yaitu user. Pada gambar 6
menggambarkan use case untuk proses pengukuran dengan memasukkan data. Dapat dilihat bahwa untuk menghitung jarak maka user harus menginputkan tinggi objek dan untuk menghitung tinggi objek user harus menginputkan jarak obejek terhadap kamera.
Gambar 6 Use case pengukuran dengan memasukkan data.
Pada gambar 7 menggambarkan use case untuk proses pengukuran tanpa memasukkan data. Dapat dilihat user dapat mengetahui langsung tinggi dan jarak objek terhadap kamera setelah melakukan proses pemilihan objek yang akan diukur.
Gambar 7 Use case pengukuran tanpa memasukkan data.
3.3 Flowchart
a) Dengan memasukkan data.
Gambar 8 Flowchart pengukuran dengan memasukkan data.
Gambar 8 menjelaskan sistem pengukuran dengan memasukkan data, dimana pada saat aplikasi dijalankan terdapat pilihan apakah akan melakukan perhitungan jarak. Jika jawabanya
ya maka user diharuskan menginputkan tinggi objek sebenarnya. Jika tidak maka perhitungan yang dilakukan adalah menghitung tinggi objek sebenarnya dengan memasukkan jarak antara objek dengan kamera. Tahap pemilihan objek yang akan diukur dengan menggunakan sebuah segiempat. User mengatur ukuran tinggi segiempat dengan menyesuaikan tinggi objek yang akan diukur pada layar.
b) Tanpa memasukkan data.
Gambar 9 Flow Chart pengukuran tanpa memasukkan data.
Gambar 9 menjelaskan sistem pengukuran tanpa memasukkan data, dimana proses pengukuran dilakukan dua kali dengan mengubah jarak pengukuran. Setiap melakukan pengukuran user melakukan capture, hal ini untuk mendapat nilai persamaan. Hasil nilai kedua persamaan yang akan digunakan untuk menghitung tinggi dan jarak objek terhadap kamera. Perhitungan perpindahan jarak pengukuran dengan menggunakan sensor proximity yang ada pada perangkat mobile.
Untuk tahap pemilihan objek yang akan diukur dengan menggunakan sebuah segiempat. User mengatur ukuran tinggi segiempat dengan menyesuaikan tinggi objek yang akan diukur pada layar. Berikut rumus untuk perhitungan tanpa memasukkan data.
Gambar 10 Pengukuran 1 dan pengukuran 2.
Keterangan gambar 10 :
X1 = Jarak benda terhadap kamera.
Y1 = Tinggi benda sebenarnya.
X2 = Focal Length camera.
Y21 = Tinggi benda pada kamera (bayangan) pada
perhitungan pertama.
Y22 = Tinggi benda pada kamera (bayangan) pada
perhitungan kedua.
Z = Jarak Perpindahan pengukuran pertama ke pengukuran kedua.
4 Analisa dan Pembahasan
Dalam penelitian ini, pengujian dilakukan dengan dengan membandingkan data benda sebenarnya dengan hasil pengukuran menggunakan aplikasi yang dibangun. Berikut adalah data dari dua benda yang akan diukur.
Tabel 1 Spesifikasi Benda. Spesifikasi Benda Gambar Benda
Nama = Benda 1 Tinggi = 430 mm Lebar = 334 mm Nama = Benda 2 Tinggi = 510 mm Lebar = 360 mm
Pengukuran akan dilakukan sebanyak lima kali dengan jarak yang berbeda dan menggunakan dua perangkat mobile dengan spesifikasi yang berbeda pula. Berikut adalah spesifikasi dari dua perangkat mobile.
Tabel 2 Spesifikasi perangkat mobile yang akan digunakan dalam pengujian.
Focal Lenght Resolusi Kamera Resolusi Layar
Ukuran
Sensor
Kamera (mm)
Jarak Proximity Samsung Galaxy SII 3,97 mm 3264x2448 pixels 480 x 800 pixels3,416 x 4,536
7 cm Samsung Galaxy Gio 2,78 mm 2048x1536 pixels 320 x 480 pixels2,2 x 2,6
7 cm Spesifikasi MerkHasil pengukuran :
a. Tabel 3 dan 4 menunjukkan hasil pengukuran Benda 1 dengan menggunakan perangkat
mobile Samsung Galaxy Gio:
Tabel 3. Hasil pengukuran benda 1 dengan input data. Tabel 4. Hasil pengukuran benda 1 tanpa input data.
b. Tabel 5 dan 6 menunjukkan hasil Pengukuran Benda 2 dengan menggunakan perangkat
mobile Samsung Galaxy Gio:
Tabel 5. Hasil pengukuran benda 2 dengan input data. Tabel 6. Hasil pengukuran benda 2 tanpa input data.
c. Tabel 7 dan 8 menunjukkan hasil pengukuran Benda 1 dengan menggunakan perangkat
mobile Samsung Galaxy SII:
d. Tabel 9 dan 10 menunjukkan hasil pengukuran Benda 2 dengan menggunakan perangkat
mobile Samsung Galaxy SII:
Tabel 9. Hasil pengukuran benda 2 dengan input data. Tabel 10. Hasil pengukuran benda 2 tanpa input data.
Berikut adalah grafik perbandingan hasil pengukuran dengan menggunakan Samsung Galaxy Gio dan Samsung Galaxy SII :
a. 11, 12 dan 13 menunjukkan grafik hasil pengukuran Benda 1 dengan inputan data.
Gambar 11 Grafik hasil pengukuran tinggi benda 1
dengan input data.
Gambar 12 Grafik hasil pengukuran lebar benda
1 tanpa input data.
Gambar 13 Grafik hasil pengukuran jarak benda 1 tanpa input data.
425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 1000 1500 2000 2500 3000
Gio SII Tinggi Benda
Tin g g i (m m )
Pengukuran tinggi benda 1 dengan input data
Input Jarak (mm) 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 1000 1500 2000 2500 3000
Gio SII Lebar Benda 1
L eba r (m m )
Pengukuran lebar benda 1 dengan input data
Input Jarak (mm) 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Jar ak 1000 Jar ak 1500 Jar ak 2000 Jar ak 2500 Jar ak 3000 1000.0755 1507.4967 2002.5154 2504.9979 2998.3321 999.8945 1500.3269 1999.7903 2500.5895 2997.7291 Gio SII J a ra k ( m m )
Pengukuran jarak benda 1 dengan input data
b. 14, 15 dan 16 menunjukkan grafik hasil pengukuran Benda 2 dengan inputan data.
Gambar 14 Grafik hasil pengukuran tinggi benda 2
dengan input data.
Gambar 15 Grafik hasil pengukuran lebar benda
2 dengan input data.
Gambar 16 Grafik hasil pengukuran jarak benda 2 dengan input data.
c. 17 dan 18 menunjukkan hasil pengukuran Benda 1 tanpa inputan data.
503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 1000 1500 2000 2500 3000
Gio SII Tinggi Benda 2
T ing g i (m m )
Pengukuran tinggi benda 2 dengan input
Input Jarak (mm) 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 1000 1500 2000 2500 3000
Gio SII Lebar Benda 2
L eba r (m m )
Pengukuran lebar benda 2 dengan input data
Input Jarak (mm) 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Jar ak 1000 Jara k 1500 Jar ak 2000 Jar ak 2500 Jar ak 3000 1000.0755 1507.4967 2002.5154 2504.9979 2998.3321 999.9708 1499.9406 1999.9466 2498.5613 2999.9069 Gio SII J a ra k ( m m )
Pengukuran jarak benda 2 dengan input data
Input tinggi benda (510 mm)
Gambar 17 Grafik hasil pengukuran tinggi
benda 1 tanpa input data.
Gambar 18 Grafik hasil pengukuran jarak benda 1
tanpa input data 415 420 425 430 435 440 1155 1480 1670 1870 2070
Gio SII Tinggi benda 1
T ing g i (m m )
Hasil pengukuran tinggi (430 mm) benda 1 dengan tanpa input
Jarak (mm) 0 500 1000 1500 2000 2500 1155 1480 1670 1870 2070 1180.0026 1489.6545 1672.8461 1833.5819 2101.754 1154.9738 1472.6036 1650.8735 1881.1312 2019.5062 Gio SII T ing g i (m m )
Hasil pengukuran tinggi (430 mm) benda 1 dengan tanpa input
d. 19 dan 20 menunjukkan hasil pengukuran Benda 2 tanpa inputan data.
Gambar 19 Grafik hasil pengukuran tinggi
benda 2 tanpa input data.
Gambar 20 Grafik hasil pengukuran tinggi benda
2 tanpa input data.
Dari hasil pengujian di atas hasil pengukuran menunjukkan bahwa aplikasi dapat berjalan baik dengan hasil rata-rata galat yang kecil yaitu 0,0001404 utk pengukuran jarak pada benda 2. Hasil pengukuran yang memiliki galat kecil adalah dengan menggunakan perangkat
mobile merk Samsung Galaxy SII. Hal ini dikarenakan Samsung Galaxy SII mempunyai
spesifikasi hardware yang lebih baik dibandingkan Samsung Galaxy Gio. Ukuran focal length, ukuran sensor kamera, serta resolusi layar perangkat mobile berpengaruh pada hasil pembentukan bayangan sehingga kualitas gambar yang ditampilakan di layar lebih bagus dan lebih detail. Ukuran resolusi layar berpengaruh pada tingkat ketelitian user dalam melakukan pengukuran.
5 Kesimpulan
Pembentukan bayangan dengan sinar-sinar istimewa yang membentuk dua segita sebangun dapat membantu dalam proses pengukuran tinggi dan jarak objek terhadap kamera. Dalam hal ini pengukuran dapat menggunakan dua metode yaitu, dengan inputan data atau tanpa inputan data. Pengukuran tanpa inputan harus dilakukan sebanyak dua kali dan harus mengetahui jarak perpindahan antara pengukuran pertama dan kedua. Ukuran focal length, ukuran sensor kamera dan resolusi layar akan mempengaruhi tingkat ketelitian user dalam melakukan pengukuran.
6 Daftar Pustaka
[1] Pratomo, Danur Garuh. (Agustus 2004). Pendidikan dan Pelatihan (Diklat) Teknis
Pengukuran dan Pemetaan. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi
Sepuluh Nopember.
[2] Supardiono. (2004). Lensa dan Cermin. Departemen Pendidikan Nasional.
[3] Agus, Nuniek Avianti. (2008). Mudah Belajar Matematika Untuk Kelas IX (hal 14). Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional.
[4] Gonzalez, Rafael C., & Woods, Richard E. (2002). Digital Image Processing (2rd ed.) (hal. 37-38). Prentice-Hall, Inc.
[5] Purwanto, Wawan (t.t). Digital Photography That I Really New On That Chapter Chapter I : The Camera System (hal. 22-31).
[6] Android Developers, Android Documentation, http://developer.android.com 495 500 505 510 515 520 525 530 1155 1480 1670 1870 2070
Gio SII Tinggi Benda 2
T
ing
g
i
Hasil pengukuran tinggi (5100 mm)
Jarak 0 500 1000 1500 2000 2500 1155 1480 1670 1870 2070 1095.3365 1411.1986 1639.2329 1 1881.5442 2114.8298 1144.2 1482.5874 1662.4231 1867.7801 2059.2363 Gio SII T ing g i (m m )
Hasil pengukuran tinggi (510 mm) benda 1 dengan tanpa input
