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,prosesproses 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.
Pengambilan gambar dan video pada dunia perfilman dan fotografi sangat
meminta dan membutuhkan hasil gambar yang sempurna dan sangat stabil.
Perkembangan dunia fotografi dan perfilman pun memiliki peralatan yang
beragam dalam membantu pengambilan gambar. Namun karena begitu banyak
1
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
gerakan
kamera
yang
pada
dasarnya
kamera
umumnya
stabilisasi
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 bergoyanggoyang dengan memanfaatkan sensor gyroscope dan 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.
Penulis akan membuat simulasi sistem yang cara kerja rangkaian yaitu
menggunakan sistem control yang akan membaca data terlebih dahulu
berdasarkan dari sensor accelerometer dan gyroscope menggunakan matlab
kemudian pembacaan data diolah dengan rumusan kalman filter untuk
mendapatkan kamera tetap datar. Kemudian menganalisa apakah dengan metode
kalman filter hasil gambar maupun video yang telah distabilkan gerakannya dapat
mengurangi noise sehingga menghasilkan gambar yang sangat baik, focus dan
tidak blur kemudian dimasukan kepada kondisi nilai untuk mendapatkan kamera
yang tetap datar. Kalman Filter dipilih dikarenakan data yang diukur bisa
berubah-ubah atau tidak tetap, serta mengandung noise, sehingga digunakan
estimasi Kalman Filter dengan tujuan didapatkan hasil gambar atau video dengan
tingkat akurasi yang lebih baik.
2
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 noise dari 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 accelerometer dan gyroscope melalui percobaan secara real. Proses
estimasi data yang telah diperoleh dilakukan secara offline menggunakan
MATLAB.
3. Penstabil gerakan kamera hanya menggunakan dua sumbu putar yaitu
Roll dan Pitch.
3
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 gyroscope dan accelerometer,
kemudian dilakukan perancangan estimasi. Metode estimasi yang
digunakan adalah metode estimasi Kalman Filter. Data yang didapat
kemudian akan diuji melalui MATLAB.
4. Implementasi Metode Estimasi Pada Sistem Setelah melalui tahap
perancangan dan simulasi, dilakukan implementasi estimasi pada plant.
Pengujian yang dilakukan bertujuan untuk memperoleh respon sistem
terhadap perubahan-perubahan kondisi yang diberikan pada sistem.
4
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
Pada bab I ini akan menguraikan secara garis besar terhadap pemasalahan
yang terdiri dari latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah,
tujuan, metodelogi pembahasan dan sistematika pembahasan yang akan
digunakan dalam pembuatan tugas akhir ini
5
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 noise dari inputan sensor agar sistem tetap stabil.
5. BAB V PENUTUP
Pada bab V berisikan kesimpulan yang diperoleh dari analisa tugas akhir
serta saran-saran yang diberikan untuk penyempurna dan pengembangan
selanjutnya.
6
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
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2015
!!!
z0s9€08l1,0 'N(IIN
IIAI'rl8^Iprsht J|IY rnN'rI
orplelg
{$r{eI uB$unf glua)
'rnqapSuaprg
(
g
1[nEua6
)
( 11[n8ua4 )
808980r000
( g Eulqulqued )
I0s9s0s0t0'NorN
( I Eulqqqrned )
:qe1o
9I0Z roqule^oN
grcZreqor{o vz
:
rnfnpsrg
?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
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
Penulis
ix
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 Gyroscope………………………………………………………………………...
9
2.4
Accelerometer……………………………………………………………………. 10
2.5
Modul MPU 6050………………………………………………………………..
2.6
Motor Servo……………………………………………………………………… 12
x
11
2.7
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
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
Mendapatkan Data Sensor……………………………………………………….. 41
3.2
Perancangan Pemodelan Sistem…………………………………………………. 41
3.3
Struktur Model…………………………………….……………………………..
3.4
Kalman Filter…………………………………………………………………….. 44
3.5
Perhitungan Nilai Estimasi dan Kovarian Error…………………………………. 46
3.6
Pemodelan Kalman Filter dan Parameternya…………………………………….
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA……………………………………..
42
49
53
4.1
Rangkaian Simulasi……………………………………………………………...
53
4.2
Pengujian Kalman Filter…………………………………………………………
54
4.3
Analisa Kalman Filter……………………………………………………………
56
4.3.1 Grafik Hasil Sensor Roll……………………………………………………..
58
4.3.2 Grafik Hasil Sensor Pitch…………………………………………………….
65
xi
BAB V PENUTUP……………………………………………………………………..
70
5.1
Kesimpulan………………………………………………………………………
70
5.2
Saran……………………………………………………………………………..
70
DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………………………… 71
xii
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
Listing Program Dengan Data Primer Keluaran Dari Sensor Pitch………………………. 12
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 Kendali 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 Practitioners”.
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”.
New Jersey : Practice.
71
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.
Welch, Greg & Bishop, Gary. 2006. “ An Introduction to the Kalman
Filter ”. Chappel Hill : Department of Computer Science
University of North Carolina.
72
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,prosesproses 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.
Pengambilan gambar dan video pada dunia perfilman dan fotografi sangat
meminta dan membutuhkan hasil gambar yang sempurna dan sangat stabil.
Perkembangan dunia fotografi dan perfilman pun memiliki peralatan yang
beragam dalam membantu pengambilan gambar. Namun karena begitu banyak
1
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
gerakan
kamera
yang
pada
dasarnya
kamera
umumnya
stabilisasi
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 bergoyanggoyang dengan memanfaatkan sensor gyroscope dan 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.
Penulis akan membuat simulasi sistem yang cara kerja rangkaian yaitu
menggunakan sistem control yang akan membaca data terlebih dahulu
berdasarkan dari sensor accelerometer dan gyroscope menggunakan matlab
kemudian pembacaan data diolah dengan rumusan kalman filter untuk
mendapatkan kamera tetap datar. Kemudian menganalisa apakah dengan metode
kalman filter hasil gambar maupun video yang telah distabilkan gerakannya dapat
mengurangi noise sehingga menghasilkan gambar yang sangat baik, focus dan
tidak blur kemudian dimasukan kepada kondisi nilai untuk mendapatkan kamera
yang tetap datar. Kalman Filter dipilih dikarenakan data yang diukur bisa
berubah-ubah atau tidak tetap, serta mengandung noise, sehingga digunakan
estimasi Kalman Filter dengan tujuan didapatkan hasil gambar atau video dengan
tingkat akurasi yang lebih baik.
2
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 noise dari 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 accelerometer dan gyroscope melalui percobaan secara real. Proses
estimasi data yang telah diperoleh dilakukan secara offline menggunakan
MATLAB.
3. Penstabil gerakan kamera hanya menggunakan dua sumbu putar yaitu
Roll dan Pitch.
3
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 gyroscope dan accelerometer,
kemudian dilakukan perancangan estimasi. Metode estimasi yang
digunakan adalah metode estimasi Kalman Filter. Data yang didapat
kemudian akan diuji melalui MATLAB.
4. Implementasi Metode Estimasi Pada Sistem Setelah melalui tahap
perancangan dan simulasi, dilakukan implementasi estimasi pada plant.
Pengujian yang dilakukan bertujuan untuk memperoleh respon sistem
terhadap perubahan-perubahan kondisi yang diberikan pada sistem.
4
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
Pada bab I ini akan menguraikan secara garis besar terhadap pemasalahan
yang terdiri dari latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah,
tujuan, metodelogi pembahasan dan sistematika pembahasan yang akan
digunakan dalam pembuatan tugas akhir ini
5
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 noise dari inputan sensor agar sistem tetap stabil.
5. BAB V PENUTUP
Pada bab V berisikan kesimpulan yang diperoleh dari analisa tugas akhir
serta saran-saran yang diberikan untuk penyempurna dan pengembangan
selanjutnya.
6
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
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2015
!!!
z0s9€08l1,0 'N(IIN
IIAI'rl8^Iprsht J|IY rnN'rI
orplelg
{$r{eI uB$unf glua)
'rnqapSuaprg
(
g
1[nEua6
)
( 11[n8ua4 )
808980r000
( g Eulqulqued )
I0s9s0s0t0'NorN
( I Eulqqqrned )
:qe1o
9I0Z roqule^oN
grcZreqor{o vz
:
rnfnpsrg
?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
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
Penulis
ix
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 Gyroscope………………………………………………………………………...
9
2.4
Accelerometer……………………………………………………………………. 10
2.5
Modul MPU 6050………………………………………………………………..
2.6
Motor Servo……………………………………………………………………… 12
x
11
2.7
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
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
Mendapatkan Data Sensor……………………………………………………….. 41
3.2
Perancangan Pemodelan Sistem…………………………………………………. 41
3.3
Struktur Model…………………………………….……………………………..
3.4
Kalman Filter…………………………………………………………………….. 44
3.5
Perhitungan Nilai Estimasi dan Kovarian Error…………………………………. 46
3.6
Pemodelan Kalman Filter dan Parameternya…………………………………….
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA……………………………………..
42
49
53
4.1
Rangkaian Simulasi……………………………………………………………...
53
4.2
Pengujian Kalman Filter…………………………………………………………
54
4.3
Analisa Kalman Filter……………………………………………………………
56
4.3.1 Grafik Hasil Sensor Roll……………………………………………………..
58
4.3.2 Grafik Hasil Sensor Pitch…………………………………………………….
65
xi
BAB V PENUTUP……………………………………………………………………..
70
5.1
Kesimpulan………………………………………………………………………
70
5.2
Saran……………………………………………………………………………..
70
DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………………………… 71
xii
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
Listing Program Dengan Data Primer Keluaran Dari Sensor Pitch………………………. 12
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 Kendali 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 Practitioners”.
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”.
New Jersey : Practice.
71
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.
Welch, Greg & Bishop, Gary. 2006. “ An Introduction to the Kalman
Filter ”. Chappel Hill : Department of Computer Science
University of North Carolina.
72