sistem kamera dengan pan-tilt...

SISTEM KAMERA DENGAN PAN-TILT TRIPOD OTOMATIS UNTUK APLIKASI FOTOGRAFI

Jourdan Septiansyah Efflan

NRP. 2209100084

Dosen Pembimbing Ronny Mardiyanto, ST.,MT.,Ph.D. Ir. Djoko Purwanto,M.Eng.,Ph.D.

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2013

FOTOGRAFER TRIPOD

SISTEM KAMERA DENGAN PAN-TILT TRIPOD OTOMATIS UNTUK APLIKASI FOTOGRAFI

PAN-TILT CAMERA

Latar Belakang

Samsung Auto Tracking speed dome feature

Rumusan Masalah

• Bagaimana image processing pada smartphone Android dapat diimplementasikan pada Pan-Tilt Tripod otomatis ini?

• Bagaimana algoritma untuk menentukan posisi wajah yang tepat pada kamera ketika ada seseorang dan/atau sekelompok orang yang ingin berfoto?

• Bagaimana mengintegrasikan antara smartphone Android, motor servo, dan unit pemroses pada Pan-Tilt Tripod otomatis ini?

Tujuan

• Mengembangkan peralatan otomasi sistem di bidang fotografi.

• Membantu mempermudah pihak / fotografer yang ingin mengambil gambar atau berfoto.

• Mampu mengimplementasikan pengolahan citra pada sistem operasi Android pada sistem Pan-Tilt Tripod.

• Mampu membuat algoritma sistem yang dapat menentukan posisi kamera secara tepat ketika ada seseorang, maupun sekelompok orang berfoto.

Batasan Masalah

• Objek Pan-Tilt Tripod adalah wajah manusia dengan tinggi antara 150 hingga 185 cm.

• Pan-Tilt Tripod diletakkan dalam posisi tertentu ketika dioperasikan.

• Jarak antara Pan-Tilt Tripod dan objek maksimal adalah 2 meter.

• Pengambilan foto dilakukan dengan sistem pencahayaan yang mencukupi.

• Wajah yang dideteksi maksimal adalah 4 orang.

Tinjauan Pustaka(Face Tracking with a Pan/Tilt Servo Bracket)

Perancangan Sistem Pan-Tilt Tripod

PROSESOR ARMv7

DUAL-CORE 1,55 Ghz SCORPION

Kamera

Speaker

Display

UI(Touch Sensor)

RAM SD/MMC

USB

Bluetooth

Smartphone Android

Modul Bluetooth HC-

05

PROSESOR ARDUINO AT MEGA2560

Motor Servo Pan

Motor Servo Tilt

Shield Pan-Tilt Tripod dan Motor Servo

- - - -

Perancangan Hardware

Dudukan Pan-Tilt Tripod

Shield Arduino Pan-Tilt Tripod

Dudukan Pan-Tilt Tripod

Shield Arduino Pan-Tilt Tripod

Perancangan Software

Aplikasi Pan-Tilt Tripod pada Android

Software Arduino Pan-Tilt Tripod

Software Arduino Pan-Tilt Tripod No

.

Karakter

ASCII

Perintah

1 ‘a’ Servo pan bergerak ke kiri

2 ‘d’ Servo pan bergerak ke kanan

3 ‘x’ Servo pan berhenti

4 ‘w’ Servo tilt bergerak ke atas

5 ‘s’ Servo tilt bergerak ke bawah

6 ‘z’ Servo tilt berhenti

7 ‘0’ Delay 55 ms



10 ‘3’ Delay 40 ms

11 ‘4’ Delay 35 ms

12 ‘5’ Delay 30 ms

14 ‘6’ Delay 25 ms

15 ‘7’ Delay 20 ms

16 ‘8’ Delay 15 ms

17 ‘9’ Delay 10 ms

Software Aplikasi Pan-Tilt Tripod pada Smartphone Android

Start

Deteksi Wajah

Kontroler PID

Ambil Gambar

BerhentiStop

Y

T

Pairing Bluetooth

Wajah Terdeteksi

Motor Servo Bergerak

T

Y

Siap Ambil Gambar

T

Y

1. Pairing Bluetooth 2. Deteksi Wajah 3. Pergerakan Motor Servo 4. Kontroler PID 5. Ambil Gambar

Pergerakan Motor Servo

Kontroler PID

∑ Kontroler I

Kontroler P

Kontroler D

∑

Proses Pengaturan

Kecepatan Pada Motor Servo

Setpoint ErrorError Output(Posisi Wajah Saat Ini)

Output(Posisi Wajah Saat Ini)

+

-

+

+

+

𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑃𝐼𝐷 𝑀𝑎𝑥 = 𝐾𝑝 𝑥 (𝑅𝑒𝑠𝑜𝑙𝑢𝑠𝑖 𝑠𝑢𝑚𝑏𝑢 𝑋 𝑥 𝑘𝑜𝑜𝑟𝑑𝑖𝑛𝑎𝑡 𝑡𝑖𝑡𝑖𝑘 𝑡𝑒𝑛𝑔𝑎ℎ 𝑠𝑢𝑚𝑏𝑢 𝑋 )

𝑃𝐼𝐷 = 𝐾𝑝 𝑥 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 + 𝐾𝑖 𝑥 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑙 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 + 𝐾𝑑 ∗ 𝐷𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑠𝑖𝑎𝑙 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑙 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑙 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 + (𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑥 𝑑𝑡) 𝐷𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑠𝑖𝑎𝑙 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = (𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 − 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟𝑛−1)/𝑑𝑡

𝐾𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 =𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑃𝐼𝐷

𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑃𝐼𝐷 𝑀𝑎𝑘𝑠 𝑥9

Pergerakan Setelah Implementasi Kontroler PID sumbu PAN

Pergerakan Setelah Implementasi Kontroler PID sumbu PAN dan TILT

Pengambilan Gambar

𝑠 = 𝑥𝑖 − 𝑥

Dimana :

𝑥 = Rata-rata koordinat wajah selama 10 iterasi

𝑠 = Simpangan

𝑥𝑖 = Koordinat saat ini

PENGUJIAN SISTEM

Meliputi :

• FPS(frame per second) test

• Tuning PID test

• Rise Time, Overshoot, Steady State, dan Settling Time test

• Velocity (face tracking) test

FPS test

Rata-rata FPS = 17,22 FPS ≈ 17 FPS

17 FPS = 58 ms

Tuning PID test Pada sisi Pan, didapatkan hasil tuning manual sebagai berikut : Kp = 0.1 Ki = 0.01 Kd = 0.001 Sedangkan tuning manual pada sisi Tilt didapatkan hasil sebagai berikut : Kp = 0.2 Ki = 0.03 Kd = 0.02

Tuning PID PAN

Tuning PID TILT

Rise Time, Overshoot, Steady State, dan Settling Time test Pengujian ini dimaksudkan agar diketahui bagaimana performa dari dalam kontroler PID dengan analisa parameter yang meliputi rise-time, overshoot, steady-state, dan settling time dari nilai Kp, Ki, dan Kd yang telah dipilih untuk mengontrol pergerakan motor servo yang telah dipilih sebelumnya.

Dilakukan pengambilan grafik secara terpisah untuk sumbu Pan , dan untuk sumbu Tilt dengan cara kontroler yang sedang mengikuti posisi wajah pertama yang kemudian dihilangkan dan diganti dengan posisi wajah dua yang berada pada koordinat yang berbeda.

Sumbu PAN

Steadystate=(262-246)*58 Steadystate= 928 ms Risetime=90%xSteadystate Risetime=90%x928 ms Risetime=835 ms Settlingtime= 2%xSteadystate Settlingtime= 2%x928 ms Settlingtime= 18.56 ms Overshoot tidak terjadi karena pada waktu 928ms, posisi wajah telah berada pada piksel ke 357 dimana piksel tersebut termasuk dari setpoint yakni antara piksel 270 hingga piksel 370.

Sumbu PAN

Sumbu TILT

Sumbu TILT

𝑆𝑡𝑒𝑎𝑑𝑦𝑠𝑡𝑎𝑡𝑒 = 403 − 391 ∗ 58 𝑆𝑡𝑒𝑎𝑑𝑦𝑠𝑡𝑎𝑡𝑒 = 696 ms 𝑅𝑖𝑠𝑒𝑡𝑖𝑚𝑒 = 90%𝑥𝑆𝑡𝑒𝑎𝑑𝑦𝑠𝑡𝑎𝑡𝑒 𝑅𝑖𝑠𝑒𝑡𝑖𝑚𝑒 = 90%𝑥696 𝑚𝑠 𝑅𝑖𝑠𝑒𝑡𝑖𝑚𝑒 = 626 𝑚𝑠 𝑆𝑒𝑡𝑡𝑙𝑖𝑛𝑔𝑡𝑖𝑚𝑒 = 2%𝑥𝑆𝑡𝑒𝑎𝑑𝑦𝑠𝑡𝑎𝑡𝑒 𝑆𝑒𝑡𝑡𝑙𝑖𝑛𝑔𝑡𝑖𝑚𝑒 = 2%𝑥696 ms 𝑆𝑒𝑡𝑡𝑙𝑖𝑛𝑔𝑡𝑖𝑚𝑒 = 13.92 𝑚𝑠 Overshoot juga tidak terjadi pada percobaan ini karena posisi wajah telah berada pada piksel 231 pada sumbu tilt sehingga nilai tersebut termasuk setpoint antara 190 hingga 290.

Velocity of face tracking test

Sumbu PAN

Kecepatan Maksimum = 0,7 m/s

Sumbu TILT

Kecepatan Maksimum = 0,6 m/s

Kesimpulan

Dari hasil pengujian, terlihat bahwa sistem Pan-Tilt Tripod dapat bekerja mengikuti wajah apabila kamera smartphone Android mendapatkan pencahayaan yang cukup, kecepatan rata-rata frame dari kamera berada pada nilai 17 fps, dan kecepatan wajah yang dapat diikuti berkisar pada nilai 0,65 m/s. Nilai tersebut masih sangat terbatas apabila Pan-Tilt Tripod ingin digunakan pada aplikasi lain yang membutuhkan kecepatan tinggi. Parameter seperti overshoot, steady-state, rise-time, dan settling-time menunjukkan kinerja kontroler PID yang telah di tuning sudah memenuhi kriteria Tugas Akhir ini dikarenakan tidak ada overshoot yang terjadi selama pengujian, dan nilai steady state pada sumbu Pan 928 ms, dan pada sumbu Tilt sebesar 696 ms yang mengindikasikan kecepatan kontroler dalam mengontrol Pan-Tilt Tripod.

Saran 1. Agar kedepannya Pan-Tilt Tripod ini digunakan pada kamera smartphone

yang memiliki fps yang lebih tinggi lagi sehingga didapatkan sampling rate lebih baik dan peningkatan kinerja kontroler.

2. Pada pendeteksian wajah diberikan penggunaan filter tertentu untuk mereduksi kesalahan dalam pendeteksian wajah sehingga hasil pendeteksian wajah dapat lebih akurat.

3. Penggunaan pencahayaan tambahan ketika Pan-Tilt Tripod digunakan pada ruangan yang pencahayaannya kurang.

sistem kamera dengan pan-tilt...

Documents