PERANCANGAN PROGRAM REKONSTRUKSI GAMBAR DUA DIMENSI MENJADI OBJEK TIGA DIMENSI DENGAN METODE SOBEL DAN ALGORITMA GVC

(1)

PERANCANGAN PROGRAM

REKONSTRUKSI GAMBAR DUA

DIMENSI MENJADI OBJEK TIGA

DIMENSI DENGAN METODE SOBEL

DAN ALGORITMA GVC

Sesilia

Noviana

Binus University, Jakarta, DKI Jakarta, Indonesia

Abstrak

Citra digital sudah menjadi hal yang umum dan menjadi bagian dalam

kebutuhan sehari-hari bagi setiap orang, khususnya pada era ini. Citra digital mempunyai kaitan dengan Grafika Komputer dan juga Image Processing. Banyak tekonologi komputer sekarang yang mengembangkan program-program aplikasi yang berbasis grafis, animasi, dan juga multimedia. Aplikasi-aplikasi ini berkembang dengan pesat dan menjadi suatu hal yang menarik bagi masyarakat.

Grafika komputer digunakan untuk memberikan informasi secara visual atau

grafis kepada para penggunanya. Image processing banyak dimanfaatkan untuk mentransformasikan suatu citra yang berawal dari citra digital menjadi deskripsi obyek pada sebuah citra. Image processing digunakan dalam berbagai hal yang berhubungan dengan sebuah citra. Seperti, pengenalan pola ( pattern ), deteksi dan pengenalan wajah, kompresi gambar, dan juga dalam berbagai pengolahan citra yang bisa dilakukan.

Untuk menampilkan model obyek tiga dimensi ( 3D ) pada suatu bidang dua dimensi ( 2D ) digunakan cara proyeksi. Dengan merekonstruksi hasil data dua dimensi ( 2D ) yang didapat dari citra digital ke dalam tiga dimensi ( 3D ) maka didapat obyek tiga dimensi ( 3D ). Solusi yang diberikan oleh penulis adalah program aplikasi pendeteksian tepi yang menggunakan metode Sobel dan GVC ( Generalized

(2)

Voxel Coloring ) karena kemampuannya dalam menangani noise dalam citra asli dan

performansi yang baik, serta kemampuannya dalam proses rekonstruksi 3D. Dan bahasa pemrograman yang digunakan di sini adalah bahasa pemrograman C# dengan bantuan MatLab.

Kata Kunci : citra digital, image processing, Sobel, GVC, 2D, 3D, C#

Abstract

Digital image has become a common and become a part of daily necessities for everyone, especially in this era. Digital image is concerned with Computer Graphics and Image Processing. Many current computer technology weapons that develop application programs based graphics, animation, and multimedia. Aplication is growing rapidly and becoming an interesting thing for the community.

Computer graphics are used to provide a visual or graphical information to its user. Widely used image processing to transform an image that originated from the digital image into a description of the object in an image. Image processing is used in a variety of matters relating to an image. Such as, pattern recognition ( pattern ), detection and face recognition, image compression, and also in a variety of image processing can be done.

To display the object model of three-dimensional ( 3D ) in a field of two-dimensional ( 2D ) projection method is used. Reconstruct the data with the results of two-dimensional ( 2D ) images obtained from digital into a three-dimensional ( 3D ) object is obtained three-dimensional ( 3D ). Solution given by the authors is an

application program that uses edge detection with Sobel method and GVC ( Generalized Voxel Coloring ) for its ability to handle noise in the original image and

a good performance, as well as its ability to process 3D reconstruction. And programming language that used in here is C# programming language with the help of MatLab.

(3)

1. Pendahuluan

Citra atau gambar ( image ) sudah menjadi hal yang umum dan menjadi bagian dalam kehidupan masyarakat sehari-hari. Dalam suatu kepentingan tertentu, citra ( gambar ) digunakan sebagai alat untuk mengungkapkan berbagai macam perasaan yang bagi beberapa orang sulit untuk diungkapkan melalui kata-kata. Seperti menjelaskan suatu alasan, interpretasi, ilustrasi, komunikasi, ingatan, pendidikan, evaluasi, hiburan, dan lain-lain. Kemudian konsep citra dan pengolahannya ini dihubungkan dengan pengubahan maupun perbaikan citra ( gambar ).

Sekarang ini, banyak aplikasi dari bidang komputer yang berkembang dengan pesatnya. Salah satu perkembangan yang menarik dari dunia komputer adalah pada bidang grafika desain dan juga multimedia. Karena alasan inilah sehingga kemampuan dasar sebuah komputer dari generasi terakhir ini selalu dikaitkan dengan fasilitas dalam bidang grafika desain dan juga multimedia. Perkembangan tersebut tentunya tidak terlepas dari kemampuan yang semakin meningkat untuk fasilitas grafika dan multimedia baik secara perangkat keras ( hardware ) dan juga perangkat lunak ( software ). Dari segi hardware, semakin berkembangnya kapasitas standar memori serta graphics card adalah sebuah tuntutan yang harus dipenuhi mengingat semakin canggihnya aplikasi-aplikasi grafika dan multimedia yang sudah ada sekarang ini.

Perkembangan dari teknologi komputer dan multimedia, khususnya dengan adanya kamera digital, telah memudahkan untuk dihasilkannya objek-objek digital, berupa foto atau image. Namun objek yang dihasilkan tetap masih terbatas pada gambar 2D. Khususnya untuk rekayasa grafika, pemodelan yang menghasilkan objek

(4)

3D akan memberikan banyak alternatif untuk kepentingan berbagai aplikasi, sehingga

sebuah proses untuk mengubah gambar 2D menjadi objek 3D adalah sebuah proses yang umumnya dilakukan dalam grafika komputer.

Pada ilmu matematika sendiri juga memiliki berbagai macam pemodelan dengan banyak formula di dalamnya. Formula-formula yang awalnya hanya dipergunakan dalam bidang matematika ini saja, sekarang sudah banyak ditemukan di berbagai cabang ilmu lain. Model matematika seperti ini bukan hanya merupakan sebuah teori saja, tetapi juga sudah diaplikasikan di dalam kehidupan nyata sehari-hari. Dengan semakin banyaknya orang yang tertarik dalam bidang pengolahan citra ( image processing ) ini, maka aplikasi ini diharapkan dapat membantu pihak-pihak yang membutuhkan dalam menghadapi permasalahan yang ada di dalam bidang ini.

2. Metodologi

2.1 Perancangan

Adapun langkah dari proses rekonstruksi ini adalah sebagai berikut, setelah melakukan inputan gambar-gambar 2D, dilakukan proses kamera kalibrasi ( Camera Calibration ). Proses ini digunakan untuk mencari nilai dari parameter intrinsik dan nilai matriks ekstrinsik tiap citra berdasarkan world

coordinate. Nilai-nilai inilah yang akan digunakan dalam proses selanjutnya.

Setelah kalibrasi kamera selesai dilakukan, maka dilanjutkan dengan proses image segmentation. Pada proses ini dilakukan beberapa tahap segmentasi gambar. Salah satu prosesnya adalah deteksi tepi dengan menggunakan metode Sobel. Operator Sobel melakukan pendeteksian tepi

(5)

dengan memperhatikan tepi vertikal dan tepi horizontal. Gradient magnitude dari operator Sobel ini adalah sebagai berikut :

) 1 , 1 ( ) , 1 ( 2 ) 1 , 1 ( ) 1 , 1 ( ) , 1 ( 2 ) 1 , 1 ( − − + − + − + − + − + + + + + = f i j f i j f i j f i j f i j f i j G_x ) 1 , 1 ( ) 1 , ( 2 ) 1 , 1 ( ) 1 , 1 ( ) 1 , ( 2 ) 1 , 1 ( − − + − + + − − − + + + + + + = f i j f i j f i j f i j f i j f i j G_y 2 2 ) , (x y G_x G_y f G = +

Operator Sobel dengan menggunakan matriks 3 x 3 :

⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − − − = 1 2 1 0 0 0 1 2 1 H ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − − − = 1 0 1 2 0 2 1 0 1 V

Apabila proses segmentasi gambar ini sudah selesai atau sukses dilakukan, maka akan dilanjutkan ke proses berikutnya, yaitu 3D Reconstruction. Tetapi, apabila proses ini belum selesai atau belum sukses, maka proses ini akan diulang kembali sampai sukses.

Setelah proses image segmentation selesai dilakukan, maka dilanjutkan dengan proses 3D Reconstruction. Proses inilah yang akan merekonstruksi kumpulan gambar 2D yang telah disegmentasi pada proses sebelumnya menjadi bentuk objek 3D dengan menggunakan metode algoritma GVC.

Setelah proses 3D Reconstruction selesai dilakukan, baru kemudian akan dilakukan 3D Viewing. Yang kemudian hasilnya nanti akan ditampilkan menjadi output.

(6)

2.2 Implementasi

Proses pemrograman ini menggunakan C# sebagai bahasa pemrograman yang berorientasi objek yang dikembangkan oleh Microsoft. C# merupakan bahasa pemrograman yang memiliki ruang lingkup penggunaan yang sangat luas. Pembuatan program dengan user interface Windows maupun console dapat dilakukan dengan C#.

Pada proses pemrograman ini, digunakan sistem operasi dari Microsoft

Windows 7 Starter Edition. Serta menggunakan software Microsoft Visual Studio 2010 C# dan juga MatLab 2010.

2.3 Evaluasi

Di dalam melakukan proses rekonstruksi gambar 2D menjadi objek 3D ini, melalui beberapa tahapan proses. Sehingga dapat dihasilkan objek dalam bentuk 3D. Secara keseluruhan, proses rekonstruksi ini dapat menghasilkan output yang diinginkan. Namun dalam proses tersebut terdapat beberapa evaluasi dari perancangan ini, seperti ada kekurangan pada hasil dari outputnya.

Beberapa evaluasi keseluruhan yang terjadi tersebut yaitu :

1. Proses deteksi tepi dengan metode Sobel ini digunakan dikarenakan kemampuannya dalam mengurangi noise yang terjadi selama proses segmentasi berlangsung.

(7)

2. Proses rekonstruksi gambar dua dimensi menjadi objek tiga dimensi ini membutuhkan waktu proses yang cukup lama. Hal ini diakibatkan oleh jumlah gambar yang diinput dalam jumlah banyak, sehingga dengan memori yang terbatas membutuhkan waktu yang cukup lama untuk dapat memproses program ini.

3. Hasil objek tiga dimensi yang dihasilkan tidak begitu jelas. Hal ini dikarenakan gambar yang diinputkan tidak memiliki resolusi yang baik, sehingga di dalam proses gambar menjadi tidak begitu jelas.

4. Objek tiga dimensi yang dihasilkan dapat dilihat dan digerakakan dari berbagai sudut, dan dengan kecepatan yang diinginkan.

3. Kesimpulan

Berdasarkan dari penelitian dan pengujian terhadap program rekonstruksi

gambar 2D menjadi objek 3D ini dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

1) Program yang telah dirancang dan dibuat ini dapat membaca input yang dimasukkan, berupa folder file *.dataset yang berupa kumpulan dari gambar 2D dari berbagai sudut.

2) Program ini dibuat dengan penulisan coding secara terurut dan prosedural, dengan bahasa pemrograman C# dan dibantu dengan MatLab. Hal ini dilakukan penulis dengan harapan dapat mempermudah dalam mengerti langkah – langkah apa saja yang harus dilakukan dalam proses rekonstruksi gambar 2D menjadi objek 3D ini.

(8)

3) Hasil pengujian yang didapat dari proses rekonstruksi ini bisa didapat dan ditampilkan.

4) Dikarenakan gambar yang diinputkan cukup banyak, maka proses rekonstruksi ini membutuhkan waktu proses yang cukup lama.

5) Karena resolusi dari gambar 2D yang dimasukkan kurang cukup besar, sehingga objek 3D yang dihasilkan kurang bagus dan kurang jelas.

(9)

DAFTAR PUSTAKA

[ 1 ] Aryani, Iin. ( 2008 ). Pengertian Berbagai Format File. URL

http://ilmucerdas.wordpress.com/profil/pengertian-berbagai-format-file/. Akses 15

Januari 2012

[ 2 ] Henderi. ( 2007 ). UML : Konsep dan Penerapannya Menggunakan Visual Paradigm.

URL

http://www.blogster.com/henderi/uml-konsep-dan-penerapannya-menggunakan-visual-paradigm-171108195848.

[ 3 ] Hendrat. ( 2011 ). Definisi Pseudocode dan Diagram Alir. URL

http://hendrat64.blog.unsoed.ac.id/2011/10/03/definisi-pseudo-code-dan-diagram-alir/. Akses 15 Januari 2012

[ 4 ] Ichsan, Nur. ( 2010 ). Waterfall dan Prototyping ( Metode Pengembangan Sistem ). URL

http://nurichsan.blog.unsoed.ac.id/2010/11/19/metode-pengembangan-waterfall-prototyping/. Akses 13 Maret 2012

[ 5 ] Lintau, Ephi. (2010). Perbedaan Grafik 3D dan 2D. URL

http://blog.ephi.web.id/?p=1349 . Akses pada 20 Juli 2011

[ 6 ] Rachmatullah, Agro. (2002). Mempelajari C# : Bahasa Pemrograman Modern.

[ 7 ] SJ, Rambe. ( 2011 ). Disparity Image dan Stereobase Sebuah Citra Stereoscopy.

[ 8 ] Suwono, Eko. ( 2010 ). Elemen - Elemen Citra Digital. URL

http://ekosuwono.wordpress.com/2010/01/13/elemen-elemen-citra-digital/. Akses

(10)

[ 9 ] Tharom, Tabratas. ( 2003 ). Pengolahan Citra Pada Mobil Robot.

[ 10 ] W. Bruce Culbertson, Thomas Malzbender. ( 2000 ). Generalized Voxel Coloring.

[ 11 ] Wiriasto, Giri Wahyu. ( 2011 ). Swa-Kalibrasi Kamera Multiview Menggunakan

Metode Algoritma Genetika.

[ 12 ] Yoviyanto, Evan. ( 2010 ). Thresholding Citra. URL

http://kuliahinformatika.wordpress.com/2010/02/13/buku-ta-thresholding-citra/.

Akses pada 08 November 2011

(11)

PROGRAM DESIGN FOR

RECONSTRUCTION TWO DIMENSION

IMAGE BECOME THREE DIMENSION

OBJECT USING SOBEL DAN GVC

ALGORITHM METHOD

Sesilia Noviana

Binus University, Jakarta, DKI Jakarta, Indonesia

Abstract

Digital image has become a common and become a part of daily necessities for everyone, especially in this era. Digital image is concerned with Computer Graphics and Image Processing. Many current computer technology weapons that develop application programs based graphics, animation, and multimedia. Aplication is growing rapidly and becoming an interesting thing for the community.

Computer graphics are used to provide a visual or graphical information to its user. Widely used image processing to transform an image that originated from the digital image into a description of the object in an image. Image processing is used in a variety of matters relating to an image. Such as, pattern recognition ( pattern ), detection and face recognition, image compression, and also in a variety of image processing can be done.

To display the object model of three-dimensional ( 3D ) in a field of two-dimensional ( 2D ) projection method is used. Reconstruct the data with the results of two-dimensional ( 2D ) images obtained from digital into a three-dimensional ( 3D ) object is obtained three-dimensional ( 3D ). Solution given by the authors is an

(12)

( Generalized Voxel Coloring ) for its ability to handle noise in the original image and a good performance, as well as its ability to process 3D reconstruction. And programming language that used in here is C# programming language with the help of MatLab.

Keyword : digital image, image processing, Sobel, GVC, 2D, 3D, C#

Abstrak

Citra digital sudah menjadi hal yang umum dan menjadi bagian dalam

kebutuhan sehari-hari bagi setiap orang, khususnya pada era ini. Citra digital mempunyai kaitan dengan Grafika Komputer dan juga Image Processing. Banyak tekonologi komputer sekarang yang mengembangkan program-program aplikasi yang berbasis grafis, animasi, dan juga multimedia. Aplikasi-aplikasi ini berkembang dengan pesat dan menjadi suatu hal yang menarik bagi masyarakat.

Grafika komputer digunakan untuk memberikan informasi secara visual atau

grafis kepada para penggunanya. Image processing banyak dimanfaatkan untuk mentransformasikan suatu citra yang berawal dari citra digital menjadi deskripsi obyek pada sebuah citra. Image processing digunakan dalam berbagai hal yang berhubungan dengan sebuah citra. Seperti, pengenalan pola ( pattern ), deteksi dan pengenalan wajah, kompresi gambar, dan juga dalam berbagai pengolahan citra yang bisa dilakukan.

Untuk menampilkan model obyek tiga dimensi ( 3D ) pada suatu bidang dua dimensi ( 2D ) digunakan cara proyeksi. Dengan merekonstruksi hasil data dua dimensi ( 2D ) yang didapat dari citra digital ke dalam tiga dimensi ( 3D ) maka didapat obyek tiga dimensi ( 3D ). Solusi yang diberikan oleh penulis adalah program aplikasi pendeteksian tepi yang menggunakan metode Sobel dan GVC ( Generalized

Voxel Coloring ) karena kemampuannya dalam menangani noise dalam citra asli dan

performansi yang baik, serta kemampuannya dalam proses rekonstruksi 3D. Dan bahasa pemrograman yang digunakan di sini adalah bahasa pemrograman C# dengan bantuan MatLab.

(13)

1. Introduction

Image or picture has become common place and a part in people’s daily lives. In a particular interest, image ( picture ) is used as a tool to express a wide range of feelings that for some people, it’s difficult to be expressed through words. As explained a reason, interpretation, illustration, communication, memory, education, evaluation, entertainment, and others. Then the concept of image processing and associated with the convertion and image enhancement ( figure ).

Today, many applications of the field with a rapidly growing computer. One interesting development of the computer world is the field of graphic design and multimedia. For this reason that the basic capabilities of a computer of the last generation has always been associated with the facility in the field of graphic design and multimedia. The development is certainly not free from the ever increasing capabilities for graphics and multimedia facilities, both hardware and software. In terms of hardware, the growing capacity of standard memory and the graphics card is a requerement to be met given the increasing sophistication of graphics applications and multimedia that’s available now.

The development of computer and multimedia technology, especially in the presence of digital cameras, has made it easier for the production of digital objects, a photo or image. However, the resulting objects are still limited to 2D images. Especially for engineering graphics, which produces a 3D object modeling will provide many alternatives for the benefit of a variety of applications, so that a process to transform 2D images to 3D objects is a process that is generally done in computer graphics.

(14)

In the science of mathematics itself also has a wide range of modeling with a lot of formulas in it. Formulas which originally only used in the field of mathematics alone, now found in many other disciplines. This mathematical model is not only a theory, but also has been applied in real life everyday. As more and more people are interested in the field of image processing, then the application is expected to assist parties who need to face the existing problems in this field.

2. Methodology

2.1 Design

The steps of the reconstruction process is as follows, after a 2D input images, the camera calibration process is carried out. This process is used to find the values of intrinsic parameters and extrinsic value of each matrix image based on the world coordinate. It is these values that will be used in further processing.

Once the camera calibration is done, then proceed with the process of image segmentation. At some stage the process is carried out image segmentation. One process is edge detection using Sobel method. Edge detection with Sobel operators do with respect to the vertical edge and the edge of the horizontal. Gradient magnitude of the Sobel operators are as

follows : ) 1 , 1 ( ) , 1 ( 2 ) 1 , 1 ( ) 1 , 1 ( ) , 1 ( 2 ) 1 , 1 ( − − + − + − + − + − + + + + + = f i j f i j f i j f i j f i j f i j G_x ) 1 , 1 ( ) 1 , ( 2 ) 1 , 1 ( ) 1 , 1 ( ) 1 , ( 2 ) 1 , 1 ( − − + − + + − − − + + + + + + = f i j f i j f i j f i j f i j f i j G_y 2 2 ) , (x y G_x G_y f G = +

(15)

Sobel operator using matrix 3 x 3 : ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − − − = 1 2 1 0 0 0 1 2 1 H ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − − − = 1 0 1 2 0 2 1 0 1 V

If the image segmentation process is completed or successfully carried out, it will proceed to the next process, the 3D Reconstruction. However, if the process is not completed or not successful, then this process would be repeated until successful.

After the image segmentation process is done, then proceed with the 3D Reconstruction. In this process which will reconstruct the set of 2D images that have been segmented in the previous process to form a 3D object using the GVC algorithm.

After 3D Reconstruction process is completed, then it will do 3D Viewing. Which then results will be shown to be output.

2.2 Implementation

This programming process using C# as an object oriented programming language developed by Microsoft. C# is a programming language that has the scope of use is very wide spread. Making the program with Windows user interface and the console can be done with C#.

In the programming process, the operating system use Microsoft Window 7 Starter Edition. And using the software Microsoft Visual Studio 2010 C# and MatLab 2010.

(16)

2.3 Evaluation

In the reconstruction process 2D images into 3D objects, through several stages of the process. So that objects can be generated in 3D. Overall, this reconstruction process can produce the desired output. But, in the process there is some evaluation of this design, as there is a short age of the results of its output.

Some of the overall evaluation of what happened was as follows :

1. The process of edge detection with Sobel method was used because of its ability to reduce noise that occurs during the segmentation process takes place.

2. Reconstruction of two dimensional image into three dimensional object takes a fairly long process. This is caused by a number of input images in large quantities, so with limited memory takes a long time to be able to process this program.

3. The result of the resulting three dimensional object is not so clear. This is because the images are entered does not have good resolution, so that in the picture becomes less clear.

4. The resulting three dimensional objects can be viewed and driven from various angles, and with the desired speed.

(17)

3. Conclusion

Based on the research and testing of the reconstruction program 2D images into 3D objects can be concluded as follows :

1. Program has been designed and fabricated which can read input is entered, a file folder *.dataset which collect 2D images from different angles.

2. The program is made by writting in sequence and procedural coding, the programming language C# and assisted with MatLab. This is done in the hope the author can make in understanding the steps what should be done in the process of reconstruction of 2D images into 3D objects.

3. The test result obtained from this reconstruction process can be obtained and displayed.

4. Because the image that is entered quite a lot, then the reconstruction process takes a long process.

5. Since the resolution of the 2D image that is inserted is less considerable, so that the resulting 3D object is less good and less clear.

(18)

References

[ 1 ] Aryani, Iin. ( 2008 ). Pengertian Berbagai Format File. URL

http://ilmucerdas.wordpress.com/profil/pengertian-berbagai-format-file/. Access at 15

January 2012

[ 2 ] Henderi. ( 2007 ). UML : Konsep dan Penerapannya Menggunakan Visual Paradigm.

URL

http://www.blogster.com/henderi/uml-konsep-dan-penerapannya-menggunakan-visual-paradigm-171108195848. Access at 09 March 2012

[ 3 ] Hendrat. ( 2011 ). Definisi Pseudocode dan Diagram Alir. URL

http://hendrat64.blog.unsoed.ac.id/2011/10/03/definisi-pseudo-code-dan-diagram-alir/. Access at 15 January 2012

[ 4 ] Ichsan, Nur. ( 2010 ). Waterfall dan Prototyping ( Metode Pengembangan Sistem ). URL

http://nurichsan.blog.unsoed.ac.id/2010/11/19/metode-pengembangan-waterfall-prototyping/. Access at 13 March 2012