pembentukan citra panorama 360 dengan image …

5
PEMBENTUKAN CITRA PANORAMA 360 O DENGAN IMAGE MOSAICING (Paul Alexander) Jurusan Teknik Informatika, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petra http://puslit.petra.ac.id/journals/informatics/ 1 PEMBENTUKAN CITRA PANORAMA 360 DENGAN IMAGE MOSAICING Paul Alexander Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Informatika - Universitas Kristen Petra e-mail: [email protected] ABSTRAK: Metode khusus diperlukan untuk membentuk citra dengan sudut pandang yang lebar & distorsi yang kecil. Artikel ini akan menjelaskan sebuah metode untuk memproses sekelompok citra dengan sudut pandang normal (kecil) menjadi sebuah citra dengan sudut pandang 360 °. Citra-citra normal tersebut memiliki bagian tumpang-tindih & proses ini akan membentuk penyambungan yang halus antara setiap pasangan citra normal tersebut. Metode-metode lain yang sudah umum, bekerja berdasarkan transformasi geometri pada seluruh bagian citra-citra normal. Dalam metode-metode tersebut, ada citra acuan dan citra yang akan digabungkan. Citra yang akan digabungkan ditransformasi sehingga obyek-obyek dalam citra tampak dilihat dari sudut pandang yang sama dengan citra acuan. Metode-metode ini akan menghasilkan distorsi yang semakin besar untuk penggabungan sudut pandang yang makin besar sehingga tidak dapat diterapkan untuk pembentukan citra panorama 360°. Metode yang akan dijelaskan dibawah ini berbeda dengan metode-metode lain dalam transformasi geometri-nya. Dengan menerapkan transformasi geometri hanya terhadap bagian tumpang-tindih dari citra-citra normal tersebut, penumpukan distorsi dapat dihindari sehingga memungkinkan untuk membentuk citra panorama 360 °. Kata kunci: citra, sudut pandang, 360 °, mosaik, citra panorama ABSTRACT : A special method is needed to obtain an image with wide perspective angle & minimal distortion. This article will describe a method to process several images with normal (small) perspective angle to form a single image with 360 perspective angle. Those normal images have overlapping parts & this process will form a seamless concatenation between each pair of those normal images. Other methods, that are already common, work base on view transformation to all part of normal images. In those methods, there are reference image and will-be-combined image. The will-be-combined image is transformed so that the objects in this image look like have been captured from the same angle as the reference image. These methods will generate a greater distortion for a wider perspective-angle concatenation so they hardly can be applied to generate a 360 panoramic image. The method that will be described below differs from other methods in its view transformation. By applying view transformation only to overlapping parts of those normal images, an accumulation of distortion can be avoided so that it is possible to generate a 360 panoramic image. Keywords: image, perspective, 360 , image mosaicing, panoramic image 1. PENDAHULUAN Panorama adalah pandangan/pemandang- an dengan sudut pandang yang lebar. Citra panorama telah digunakan untuk banyak keperluan, baik untuk penampilan artistik maupun untuk penelitian. Dalam dunia artistik, citra panorama dapat menampilkan pemandangan yang berada di luar batas pandang mata normal. Dalam dunia peneliti- an, salah satu penggunaannya adalah untuk navigasi robot seperti yang telah dilakukan oleh [1]. Citra Panorama selama ini telah sering kali dibentuk dari kamera tunggal. Selain itu, pembentukan panorama juga telah dilakukan dengan menggunakan data dari rekaman video [2]. Namun demikian kedua cara ini belum dapat menghasilkan panorama penuh (360° ). Telah banyak cara yang digunakan untuk menciptakan citra panorama: dengan kamera khusus (meka- nis), lensa khusus (optis), cermin bantuan dan teknik penggabungan citra. Berikut ini akan dijelaskan secara singkat cara-cara tersebut.

Upload: others

Post on 22-Oct-2021

6 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: PEMBENTUKAN CITRA PANORAMA 360 DENGAN IMAGE …

PEMBENTUKAN CITRA PANORAMA 360O DENGAN IMAGE MOSAICING (Paul Alexander)

Jurusan Teknik Informatika, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petrahttp://puslit.petra.ac.id/journals/informatics/ 1

PEMBENTUKAN CITRA PANORAMA 360°° DENGAN IMAGEMOSAICING

Paul AlexanderFakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Informatika - Universitas Kristen Petra

e-mail: [email protected]

ABSTRAK: Metode khusus diperlukan untuk membentuk citra dengan sudut pandang yang lebar& distorsi yang kecil. Artikel ini akan menjelaskan sebuah metode untuk memproses sekelompokcitra dengan sudut pandang normal (kecil) menjadi sebuah citra dengan sudut pandang 360°.

Citra-citra normal tersebut memiliki bagian tumpang-tindih & proses ini akan membentukpenyambungan yang halus antara setiap pasangan citra normal tersebut. Metode-metode lain yangsudah umum, bekerja berdasarkan transformasi geometri pada seluruh bagian citra-citra normal.Dalam metode-metode tersebut, ada citra acuan dan citra yang akan digabungkan. Citra yang akandigabungkan ditransformasi sehingga obyek-obyek dalam citra tampak dilihat dari sudut pandangyang sama dengan citra acuan. Metode-metode ini akan menghasilkan distorsi yang semakin besaruntuk penggabungan sudut pandang yang makin besar sehingga tidak dapat diterapkan untukpembentukan citra panorama 360°.

Metode yang akan dijelaskan dibawah ini berbeda dengan metode-metode lain dalamtransformasi geometri-nya. Dengan menerapkan transformasi geometri hanya terhadap bagiantumpang-tindih dari citra-citra normal tersebut, penumpukan distorsi dapat dihindari sehinggamemungkinkan untuk membentuk citra panorama 360°.

Kata kunci: citra, sudut pandang, 360°, mosaik, citra panorama

ABSTRACT : A special method is needed to obtain an image with wide perspective angle &minimal distortion. This article will describe a method to process several images with normal(small) perspective angle to form a single image with 360° perspective angle.

Those normal images have overlapping parts & this process will form a seamlessconcatenation between each pair of those normal images. Other methods, that are alreadycommon, work base on view transformation to all part of normal images. In those methods, thereare reference image and will-be-combined image. The will-be-combined image is transformed sothat the objects in this image look like have been captured from the same angle as the referenceimage. These methods will generate a greater distortion for a wider perspective-angleconcatenation so they hardly can be applied to generate a 360° panoramic image.

The method that will be described below differs from other methods in its view transformation.By applying view transformation only to overlapping parts of those normal images, anaccumulation of distortion can be avoided so that it is possible to generate a 360° panoramicimage.

Keywords: image, perspective, 360°, image mosaicing, panoramic image

1. PENDAHULUAN

Panorama adalah pandangan/pemandang-an dengan sudut pandang yang lebar. Citrapanorama telah digunakan untuk banyakkeperluan, baik untuk penampilan artistikmaupun untuk penelitian. Dalam duniaartistik, citra panorama dapat menampilkanpemandangan yang berada di luar bataspandang mata normal. Dalam dunia peneliti-an, salah satu penggunaannya adalah untuknavigasi robot seperti yang telah dilakukanoleh [1].

Citra Panorama selama ini telah seringkali dibentuk dari kamera tunggal. Selainitu, pembentukan panorama juga telahdilakukan dengan menggunakan data darirekaman video [2]. Namun demikian keduacara ini belum dapat menghasilkanpanorama penuh (360°). Telah banyak carayang digunakan untuk menciptakan citrapanorama: dengan kamera khusus (meka-nis), lensa khusus (optis), cermin bantuandan teknik penggabungan citra. Berikut iniakan dijelaskan secara singkat cara-caratersebut.

Page 2: PEMBENTUKAN CITRA PANORAMA 360 DENGAN IMAGE …

JURNAL INFORMATIKA Vol. 2, No. 1, Mei 2001: 1 - 5

Jurusan Teknik Informatika, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petrahttp://puslit.petra.ac.id/journals/informatics/2

Cara pertama dilakukan dengan kamerayang dapat berputar terhadap sumbu vertikaldan negatif film yang berukuran lebih lebardari biasanya (dengan ukuran tinggi sama).Dengan cara ini, “pencahayaan” negatif filmdilakukan sedikit demi sedikit (dari kiri-kanan atau kanan-kiri) agar seiring denganperputaran kamera pada sumbu vertikal.Untuk menjaga agar jarak lensa terhadapfilm tetap sama, film diletakkan padalempengan lengkung dengan radius yangberpusat pada poros perputaran kamera.Kamera yang menggunakan teknik inidirancang oleh Friedrich von Martens padatahun 1844 dan berhasil menangkap citradengan sudut pandang 150° [3]. Cara inimemberikan citra yang tidak terdistorsinamun pengaturan pencahayaan film sulitdilakukan.

Cara kedua dilakukan secara optis denganmenggunakan lensa khusus. Salah satu carayang digunakan adalah dengan mengguna-kan lensa yang memiliki bentuk hampirsetengah bola sehingga dapat menangkapcahaya dari berbagai arah dengan cakupansudut yang lebar. Lensa seperti ini disebutjuga sebagai lensa mata ikan. Namundemikian, citra yang diperoleh akan tampaktidak alamiah karena sifat transformasi non-linear yang ditimbulkan oleh lensa tersebut.

Cara ketiga yang sudah pernah dilakukanadalah dengan menggunakan kamera biasanamun menggunakan cermin khusus untukmenangkap citra dari sekitarnya. Cermin inidapat berbentuk bola ataupun kerucut.Dengan cara ini kamera dihadapkanmengarah vertikal ke atas tepat berada dibawah bola atau kerucut. Kerucut diletakkanterbalik sehingga bagian yang tajam menujuke kamera. Citra yang diperoleh mengalamidistorsi geometrik.

Cara keempat/terakhir yang sudah pernahdilakukan adalah dengan penggabunganbeberapa citra yang direkam secara terpisah.Cara ini dikenal sebagai teknik pem-bentukan mosaik (mosaicing). Dengan caraini tidak diperlukan kamera maupun lensakhusus. Teknik ini sudah lama dikenaldalam bidang pemetaan, yaitu dalampembentukan mosaik foto-foto udara suatuwilayah tertentu. Untuk mengurangi distorsi,foto yang dibentuk diusahakan memiliki

sudut pandang yang kecil. Dengan teknikseperti ini mosaik yang dihasilkan dapatmencakup wilayah yang sangat luas yangsulit diperoleh dengan sebuah kameratunggal. Teknik seperti ini yang diterapkanpada citra digital sudah diperkenalkan oleh[4]. Namun demikian cara ini tidak dapatdigunakan untuk membentuk citra panoramapenuh (sudut pandang 360°). Pembentukanpanorama dengan prinsip mosaik ini telahdiimplementasikan pada [5], namun hasilyang diperoleh belum dapat digunakanuntuk membentuk citra panorama 360°. Halini disebabkan karena teknik yangdigunakan pada [5] didasarkan padatransformasi geometri perspektif yangdilakukan terhadap seluruh wilayah citradari citra-citra tunggal yang akan dibentukmenjadi citra panorama (lihat gambar 1).

Gambar 1. Transformasi Geometrik Ter-hadap Seluruh Bagian Citra yang akan

Digabungkan

2. PEMBENTUKAN CITRA PANORAMA360°°

Tujuan yang ingin dicapai dalam pene-litian ini adalah diperolehnya cara untukmembentuk panorama 360° dengan meng-gabungkan sejumlah citra tunggal yangdiperoleh dengan menggunakan kamerabiasa. Berbeda dengan cara yang dilakukanoleh perangkat lunak QuickTime VR di-mana digunakan alat khusus untuk memutarkamera dengan sudut yang tepat, cara yangkami gunakan di sini tidak memerlukan alatkhusus dan posisi sudut pengambilan setiap

Page 3: PEMBENTUKAN CITRA PANORAMA 360 DENGAN IMAGE …

PEMBENTUKAN CITRA PANORAMA 360O DENGAN IMAGE MOSAICING (Paul Alexander)

Jurusan Teknik Informatika, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petrahttp://puslit.petra.ac.id/journals/informatics/ 3

citra tidak perlu diketahui. Lebih dari itu,posisi horisontal citra satu dengan yanglainnya pada pada saat pengambilan citradengan kamera dimungkinkan untukberbeda tanpa mengorbankan kualitasgambar terlalu banyak.

Dalam percobaan yang telah dilakukan,setiap gambar panorama dibentuk dari 15-25gambar tunggal yang memiliki wilayahtumpang-tindih sekitar 20-30%. Wilayahtumpang tindih yang semakin besar akanmemberikan gambar panorama yang lebihbaik namun memerlukan jumlah gambartunggal yang lebih banyak.

Kelemahan yang kami temukan padametoda yang sudah diterapkan pada [5]adalah di dalam transformasi geometrikyang dilakukan terhadap seluruh wilayahcitra untuk menyamakan sudut dan posisiperspektif dua buah citra. Jika hal inidilakukan untuk jumlah citra yang besarmaka citra yang terakhir akan mengalamidistorsi yang sangat besar bahkan mungkinmencapai keadaan degenerasi.

Untuk mengatasi kelemahan ini,transformasi geometrik dilakukan hanyaterhadap wilayah gambar yang tumpangtindih saja. Dengan konsep ini, sebuah citratunggal kI di dalam rangkaian citra

nkkk IIIII ,...,,,,..., 111 +− akan memiliki tigabagian: kiri (<), tengah (-), dan kanan (>).1. <,kI bagian kiri yang tumpang tindih

dengan bagian kanan >− ,1kI

2. −,kI bagian tengah yang tidak tumpangtindih dengan citra lain

3. >,kI bagian kanan yang tumpang tindih

dengan bagian kiri <+ ,1kI

Transformasi geometrik dilakukan hanyauntuk kasus (1) dan (3) di atas. Dengandemikian dari n citra tunggal yang akandibentuk menjadi citra panorama, akanterdapat n pasang wilayah tumpang tindihyang dibentuk dari pasangan[ ] [ ] [ ]<><><> ,4,3,3,2,2,1 ,,,,, IIIIII ,…, [ ]<> ,1, , II n .

Untuk setiap pasangan [ ]<+> ,1, , kk II

ditentukan dua fungsi pemetaan ),( yxf k

dan ),( yxg k . Fungsi ),( yxf k memetakan

piksel-piksel dari >,kI ke <+ ,1kI , sedangkan

fungsi ),( yxg k memetakan piksel-piksel

dari <+ ,1kI ke >,kI . Dalam implementasi,

pemetaan dilakukan secara bertahap untukmembentuk kolom-kolom piksel padadaerah tumpang tindih menjadi daerahtransisi perspektif antara kI dan 1+kI (lihatgambar 2).

Gambar 2. Penerapan Transformasi Geo-metrik Secara Bertahap pada DaerahTumpang Tindih Kedua Citra yang

Digabungkan

Fungsi ),( yxf k dan ),( yxg k adalahfungsi bernilai vektor 2D yang memilikibentuk:

=

2

2

y

xyx1

yx

5p4p08p7p6p05p4p3p2p1p

)y,x(f(1)

Fungsi (1) diatas , diturunkan dari konsepmoving planar surface seperti yangdisebutkan pada [2]. Nilai ke delapanparameter ( )8,...,2,1 ppp pada fungsi ter-sebut ditentukan berdasarkan korespondensiempat pasang titik yang ditemukan padawilayah tumpang tindih.

Untuk mendapatkan sambungan yanghalus (seamless concatenation) dari kI ke

1+kI dilakukan pencampuran (blending)dengan pembobotan dari hasil pemetaan

),( yxf k dan ),( yxg k .

Page 4: PEMBENTUKAN CITRA PANORAMA 360 DENGAN IMAGE …

JURNAL INFORMATIKA Vol. 2, No. 1, Mei 2001: 1 - 5

Jurusan Teknik Informatika, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petrahttp://puslit.petra.ac.id/journals/informatics/4

Gambar 3 menunjukkan 24 citra masukanyang akan dibentuk menjadi panorama 360°pada gambar 4.

3. CONTOH

Gambar 3. Citra Tunggal yang akanDibentuk Menjadi Panorama

Gambar 4. Hasil PembentukanPanorama 360

Gambar 5 adalah contoh hasil pembentukanyang lain.

Gambar 5. Contoh lain Hasil Pembentuk-an Panorama 360

Semua citra tunggal untuk pembentukanpanorama diambil dengan sebuah kameravideo (handheld camera). Implementasi me-tode diatas ditulis dengan Borland Delphi 1.

4. ALGORITMA UTAMA

1. input jumlah citra normal2. input citra-citra normal3. input batas daerah tumpang-tindih4. input 4 pasang titik yang berkorespon-

densi untuk setiap pasang citra normal5. cari parameter transformasi untuk setiap

kolom pixel pada setiap pasang citranormal (untuk implementasi artikel inidigunakan Eliminasi Gauss-Jordan de-ngan pivoting terhadap persamaan (1)diatas)

6. transformasi daerah tumpang-tindih se-tiap pasang citra normal (gunakan para-meter yang didapat pada langkah 5 untukfungsi (1) untuk melakukan transformasi)

7. penggabungan hasil transformasi denganpencampuran berbobot (untuk implemen-tasi artikel ini digunakan pembobotanlinear)

5. KESIMPULAN

Prinsip dasar yang membedakan pen-dekatan image mosaicing yang diterapkanpada artikel ini dengan penerapan imagemosaicing lainnya adalah,1. Transformasi geometrik hanya dilakukan

pada daerah tumpang tindih antara setiappasang citra normal yang digabungkan.

2. Penyambungan hasil transformasi dilaku-kan dengan pencampuran (image blend-ing) dengan pembobotan untuk menghin-dari terjadinya efek patahan pada citrahasil.

Kelebihan metode ini adalah dapat mem-bentuk citra panorama 360° dengan per-ubahan sudut pandang bebas antar citranormal sehingga tidak diperlukan peralatankhusus untuk mengambil citra-citra normaluntuk pembentukan panorama.

Kekurangan metode ini adalah belumdapat mengakomodasi pergerakan ataugoncangan vertikal yang besar terhadapkamera dengan baik.

UCAPAN TERIMA KASIH

Terima kasih kepada Bapak Ir. Hansye S.Dulimarta, M.Sc. Ph.D., Jurusan TeknikInformatika, ITB yang telah memberikandukungan & bantuan selama pembuatantulisan ini.

Page 5: PEMBENTUKAN CITRA PANORAMA 360 DENGAN IMAGE …

PEMBENTUKAN CITRA PANORAMA 360O DENGAN IMAGE MOSAICING (Paul Alexander)

Jurusan Teknik Informatika, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petrahttp://puslit.petra.ac.id/journals/informatics/ 5

DAFTAR PUSTAKA

1. Zhang, Z., Weiss, R., and Riseman,Edward M., Feature Matching in 360Waveforms for Robot Navigation, IEEEProceeding 1991 Computer Vision andPattern Recognition.

2. Peleg, Shmuel and Herman, Joshua,Panoramic Mosaics by Manifold Projec-tion, Institute of Computer Science TheHebrew University and David SarnoffResearch Center, 1997.

3. T. L. Editors, Life Library of Photo-graphy: The Camera, 1970.

4. D. Milgram, Computer Methods forCreating Photomosaics, IEEE Transac-tions on Computer, 11 1975, vol. C-24.

5. J. Parulian, Pembentukan Panoramadengan Image Mosaicing, Tugas Akhir,Jurusan Teknik Informatika, ITB, 1996.