Download slide ini di http://www.rumah-belajar.org

2.  Download slide di
 http://rumah-belajar.org

3. Aplikasi
 Peripheral/Device
 Digital Interaktif Media (Gesture)

4. SENSOR
CCD (Charge Coupled Device) CMOS (Complimentary Metal Oxide
Semiconductor)
Berupa sekumpulan sel sensor photosite/photodetector yang mengkonversi photon
menjadi muatan (elektron). Sekumpulan sel sensor ini dikonfigurasikan dalam bentuk
matriks (array). Sel ini disebut sebagai pixel
Chip hanya berisi sensor. Luas Chip selain berisi sensor terdapat pengolah
permukaan sensor lebih besar sinyal berupa rangkaian transistor yang
dibandingkan CMOS untuk resolusi diimplementasikan dengan teknologi CMOS.
(jumlah pixel ) yang sama, sehingga Pengolah sinyal berfungsi untuk
sensitifitas lebih tinggi mengkonversi muatan menjadi tegangan dan
diberi penguatan (amplify)

5. CCD CMOS

6. Feature CMOS CCD Remark
Packaging SOC Sensor SOC : Komponen Lebih Sedikit, reliability
Only lebih lebih tinggi
Signal out of Pixel Voltage Electron
packet
Signal out of Chip Bits Voltage CCD secara alami menggunakan sinyal
(digital) (analog) analog video (format NTSC, PAL, RS170)
Signal out of Bits Bits
camera (digital) (digital)
Fill Factor Low to High Kapasitas/daya tampung muatan
moderate (electron) dari sel photosites
System Noise moderate Low
System Complexity Low High Semakin kompleks biasanya reliability
semakin rendah
Sensor Complexity High Low
Relative R&D Cost Higher Lower

7. Performance CMOS CCD Remark
Responsivity High Low Besarnya sinyal elektrik yg dikirim persatuan energi optic
(photon)
Sensitivity Low High Pada CMOS sebagian wilayah photosite digunakan untuk
rangkaian amplifier  mengurangi sensitivitas. CCD iluminasi
: 0,1 – 3 Lux, CMOS : 6 – 15 Lux
Dynamic range Low High Perbandingan level saturasi pixel terhadap ambang
(threshold) sinyal . High : Lebih tahan terhadap noise (low
noise)
Uniformity Low High Konsistensi respon semua pixel terhadap iluminasi (cahaya)
dan gelap (tanpa cahaya) . Menjadi penting untuk high speed
camera yang harus menangkap level sinyal yang terbatas
karena ketidakseragaman gelap akan mendegradasi citra
Shuttering poor Fast Kemampuan start-stop pembukaan secara sembarang
High : Sangat baik untuk aplikasi machine vision (quality
(electronic) control)
Imaging Process High Low Kecepatan pengolahan sinyal citra
Windowing High Limited Pembacaan pada porsi daerah citra tertentu
Antiblooming High Low Pengosongan daerah tertentu yang terkena pencahayaan
berlebihan akibat sdh melewati batas fill factor. Jika sumber
cahaya memiliki intensitas yang tinggi, terjadi overflow dan
mengkontaminasi pixel tetangganya
Biasing and Single Multiple jenis tegangan bias dan clock
Clocking
Price cheap Exp. Terkait dg teknik produksi. Fabrikasi berbasis Teknologi
CMOS standar, CCD Terbatas

8. Resolusi Standar Aplikasi
16x16 – 32x32 pixel Optical Mouse
256x256 - 640x480 Webcam, Fingerprint (biometric), Multitouch screen
1216x912 Point-and-shot Camera (Digital compact camera), Home
(1.109.000 pixel) Surveilance Camera
1600x1200 Scanner (CCD) , High Resolution Digital Camera (dapat
(2,1 M pixel) dicetak dengan jelas dalam ukuran 4 x 5 “)
2240x1680 Standard Digital Camera saat ini (dapat dicetak dengan
(4 M pixel) jelas dalam ukuran 16 x 20”)
4064x2704 High grade Digital camera (CCD), Personal Video
(11,1 M pixel)
16 Mpixel Profesional Video Camera (camera-man), CCD
20 Mpixel Large Format Video Camera (setara dengan 35 mm Film),
Pembuatan Film, CCD

9. KOMPONEN DASAR SISTEM KAMERA

10. Image Scanning Techniques
Interlaced Scan Progressive Scan
Digunakan pada CCD terutama analog Digunakan pada CMOS dan CCD, terutama
camera digital camera, digital video camera
Citra dibagi dalam 2 field line (odd line, Citra diambil tiap line secara sequence
even line)
Citra dikirim dalam satu saat 1 field Citra dikirim dalam 1 frame (full image) pada
secara bergiliran, kemudian digabung kecepatan 1 – 90 fps, high speed camera
dan direfresh dengan kecepatan 25 fps 1000 fps
(PAL) atau 30 fps (NTSC)
BW yang diperlukan setengah dari Full BW
Progressive Scan
Alami pada display berstandar analog Alami pada Digital Display (Monitor
video (NTSC, PAL, SECAM dlsb.) Komputer, HDTV)

11. Pembangkitan Warna Citra
 Informasi warna diperoleh dari panjang
gelombang cahaya
 Sensor citra (photosites) CCD dan CMOS
hanya mendeteksi intensitas dari cahaya, tidak
mengetahui panjang gelombang dari cahaya

12. Electromagnetic Spectrum
Visible Spectrum
700 nm 400 nm

13. Pembangkitan Warna Citra
 Untuk mendapatkan informasi
warna perlu dipasang Color
Filter Array (CFA) diatas pixel
sensor citra untuk menangkap
panjang gelombang cahaya
 CFA yang saat ini paling banyak digunakan untuk
peralatan konsumen (camera, camcoder, scanner)
adalah Bayer Filter (sering disebut sebagai GRGB
Filter)
 Alternatif CFA yang lain :
 Modifikasi dari Bayer Filter : CYYM atau RGBW
 3 CCD

14. Pembangkitan Warna Citra (Bayer Filter)
 Color Filter Array (CFA) pada Bayer Filter memiliki pola
blok persegi 2 x 2 yang masing-masing terdiri dari 1
filter warna merah (R), 2 filter warna hijau dan 1 filter
warna biru (B), seringkali disebut GRGB filter
 Pola Bayer filter bila melingkup semua pixel
dalam sensor citra akan membentuk mosaic
dengan komposisi warna 50 % Hijau, 25 %
Merah dan 25 % Biru.
cahaya
Lapisan Filter
2x2
Pixel
Pola warna
Penyusunan Bayer Filter pada
Array Image Sensor

15. Pembangkitan Warna Citra (Bayer Filter)
 Pada metoda CFA setiap pixel hanya mendeteksi satu
warna
 Warna yang lain pada pixel tersebut dihitung/diinterpolasi
atas dasar warna pixel di tetangganya
 Metoda Interpolasi
 Multivariate Interpolation Nearest-neighbour Interpolation
 Bilinier Interpolation Bicubic Interpolation
 Spline Interpolation Lanczos resampling
 Proses Demosaicing (atau CFA interpolation) : adalah
proses membangkitkan warna citra dari CFA yang meliputi
proses pemisahan warna dari CFA, interpolasi nilai warna
yang lain dari pixel (RGB) dan rekonstruksi menjadi sebuah
citra berwarna

16. Pembangkitan Warna Citra
(Demosaicing)
Captured Image
Bayer Filter
Separation
Demosaicing
Interpolation/estimation
Process
Reconstruction
Reconstructed Image

17.  Alternatif CFA yang lain :
 Modifikasi Bayer Filter
RGBW CYYM RGBE (SONY)
 3 CCD
 Cahaya masuk dipisah menjadi 3 warna (oleh prisma)
 Setiap warna memiliki sensor citra (CCD) tersendiri
 Tidak memerlukan proses demosicing. Rekonstruksi
cukup dengan menggabungkan identitas warna dari
masing sensor citra

18. KOMPONEN DASAR SISTEM KAMERA

19. Camera Performance
 Field of View (FoV) : cakupan area dan tingkat
detilasi yang dilihat
 Ditentukan oleh Focal Length dan ukuran dari sensor citra
(1/4”,1/3”, 1/2”, 2/3”)
 3 Jenis FoV
○ Normal view : FoV sama dengan mata manusia
○ Wide Angle : FoV lebih lebar dari mata manusia
○ Telephoto : FoV lebih sempit dari mata manusia

20. Camera Performance
 Depth of Field (DoF) : Jarak di depan dan
dibelakang titik fokus dimana obyek masih bisa
terlihat dengan jelas
 Ditentukan oleh Focal Length, diameter iris dan jarak
kamera terhadap obyek tersebut

21. Camera Performance
 Focal Length (f) : secara umum menunjukan jarak
terhadap lensa dimana mulai terjadi berkas sinar
mengalami konvergensi (focus) atau divergen
(defocus)
 Dalam kamera focal length yang lebih panjang (daya optik
lebih kecil) berasosiasi dengan pembesaran
(magnification) dari obyek yang jauh dan FoV lebih
sempit, sedangkan focal length yang pendek (daya optik
lebih besar) berasosiasi dengan FoV lebih lebar

22. 28 mm Lens
50 mm Lens
70 mm Lens
210 mm Lens

23. Lensa
 Biasanya terdiri dari susunan Lensa, Filter, Cermin dan
Prisma
 Lensa paling depan merupakan elemen paling kritis yang
akan mempengaruhi performansi keseluruhan
 Lensa Obyektif untuk pengarah (konvergen cahaya).
 Filter : Neutral Density Filter dan IR Filter
 Prisma : tidak selalu ada. Biasanya ada pada SLR Camera

24. Lensa
 Susunan, jenis2 lensa maupun mekanisme pengaturan akan
menentukan jenis dari kamera :
 Point-and-shoot Camera/ Compact camera Tidak memiliki diapraghma
dan mensimulasi aperture dengan ND Filter
 Bridge
 DSLR

25. Lensa
 Terdapat 3 Jenis Utama Lensa
 Fixed Lens : Lensa hanya memiliki focal length yang tetap, sehingga
hanya memiliki satu jenis FoV (normal, telephoto atau wide angle)
 Varifocal Lens : Lensa memiliki focal length dalam kisaran (range),
sehingga dapat memiliki FoV yang berbeda. FoV dapat dapat diubah
secara manual. Ketika Fov diubah maka kita harus merubah Focal
length
 Zoom Lens : mirip seperti Varifocal length tapi focal length secara
otomatis berubah sesuai perubahan FoV
○ Normal view : FoV sama dengan mata manusia
○ Wide Angle : FoV lebih lebar dengan mata manusia
○ Telephoto : FoV lebih sempit dengan mata manusia

26. Lensa
 Beberapa efek yang terjadi pada hasil citra
kamera :
 Blur : terjadi ketika citra yang ditangkap tidak
pada waktu yang bersamaan akibat adanya
perubahan posisi. Blur dapat diakibatkan dari
○ Keterbatasan teknologi
 Proses shutering yang lambat sehingga seringkali pergerakan
sedikit pada kamera pada saat mengambil gambar
menyebabkan citra menjadi samar
 Tidak memiliki algoritma deconvolution untuk memperbaiki blur
(anti-blur)
 Obyek bergerak di luar daerah titik fokus (DoF)
○ Disengaja untuk keperluan artistik

27. BLUR
Citra asli, Citra yang mengalami blur, Citra blur yang di dekonvolusi

28. Lensa
 Flare : terjadi ketika sebaran cahaya terjadi di
dalam lensa membentuk citra yang tidak
dinginkan misalnya adanya pengaruh scatter dan
refleksi dari bahan lensa menyebabkan timbulnya
sebaran dan bayangan, efek difraksi dari sensor
menghasilkan citra pelangi
Cahaya mengalami sebaran Bayangan di kanan bawah Citra Pelangi

29. Kompresi
• Dua aspek yang dieksploitasi:
– Repetition/ redundancy: suatu citra bisa memiliki pola
pengulangan informasi
– Irrelevancy: suatu citra memiliki data yang terlalu
banyak untuk bisa dipersepsi oleh manusia
Ukuran Citra TIFF JPEG JPEG
(tanpa kompresi) (high quality) (low quality)
640x480 1 MB 300 KB 90 KB
800x600 1.5 MB 500 KB 130 KB
1024x768 2.5 MB 800 KB 200 KB
1600x1200 6 MB 1.7 MB 420 KB

30. Aplikasi : Optical Mouse
 Mouse : Mechanical, optomechanical, optical
 Optical mouse diperkenalkan pertama kali pada
tahun 1999 oleh Agilent Technologies.
 Menggunakan kamera kecil yang mengambil ribuan
gambar setiap detik untuk menentukan position and
speed.
Image Image
Acquisition Processing Output
System (DSP)

31.  Sensor Optical (Agilent)
 Interface serial dan quadrature.
atas bawah
 Kamera kecil dengan kecepatan tinggi.
 Mengambil gambar 1500 frame per sekon (hingga 2300
fps).
 Kedalaman warna 6 bit grayscale dari 0 untuk warna
hitam penuh dan 63 untuk warna putih penuh.
 Resolusi 16x16 pixel.

33. Cara Kerja :

34. Cara Kerja :
 LED menyinari permukaan kerja, dan menghasilkan
pantulan yang berupa pola fitur tekstur dari permukaan
berukuran mikroskopik.
 Pantulan tersebut akan diterima oleh sensor citra yang
mengambil gambar dengan kecepatan sekitar 1500
frame per detik
 Rangkaian gambar pola tekstur permukaan tersebut
akan diolah oleh DSP processor untuk menentukan
pergerakan mouse
 Melalui algoritma pengolahan citra ditentukan
kesamaan dari dua buah pola citra yang berurutan dan
jarak antara keduanya.
 Informasi ini diterjemahkan ke dalam koordinat X-Y
untuk menentukan pergerakan mouse.

35. Aplikasi : Barcode Reader
 barcode adalah informasi sejumlah nilai
numerik/angka yang direpresentasikan dalam
bentuk garis paralel yang memiliki lebar (width) dan
jarak (spacing) tertentu.
 Barcode reader : Laser scanner (Portable), pen
reader, omni directional (supermarket)
 Barcode reader bertipe kamera Menggunakan
algoritma pemroses citra untuk mendecode barcode

37. Aplikasi : Barcode Reader
 Data Matrix : Kode 2-D matrix didesain untuk mengkode
karakter dalam ruang yang kecil.
 Simbol Data Matrix dapat menyimpan 500 karakter
 Aplikasi Datamatrix : marking pada IC/PCB, mulai
mengganti barcode

38.  Dengan menggunakan pola warna (standar 4 warna 5 x 5
sel), dapat menghasilkan 17 Juta pola
 Aplikasi : dengan mengirim matrix data pada server tertentu
(dedicated server, misalnya kompas telah mneggunakan aplikasi
ini), kemudian server akan mengirim balik konten digital

39. Aplikasi : Fingerprint (Biometric)

40.  Fingerprint reader : Ultrasonic, Capacitance
dan Camera
 Camera (CCD) Menggunakan algoritma
pemroses citra untuk mendecode sidik jari
berdasarkan pola tertentu

41. Aplikasi : 2D Scanner
 Flatbed
 Sheet-fed
 Handheld
 Drum

42. Prinsip kerja 2D Scanner

43. Komponen 2D scanner Scan head bergerak
Sumber cahaya dibawah kertas dan
mengiluminasi kertas menerima cahaya
kertas kosong/putih yang direflesikan
akan merefleksikan oleh kertas
cahaya lebih banyak
Sensor Citra
menerima
cahaya dari
Cahaya direfleksikan
lensa
oleh sejumlah
cermin

44. Aplikasi : 3D Scanner
Scanning the David
• 480 individually aimed scans
• 2 billion polygons
• 7,000 color images
• 32 gigabytes
• 30 nights of scanning
• 22 people
height of gantry: 7.5 meters
weight of gantry: 800 kilograms

45. Aplikasi : 3D Scanner
Solve the Puzzle of Forma Urbis Roma
fragment 134
fragment 156
fragment 167
Forum Pacis

46. Prinsip Kerja : 3D Scanner
Triangulation Principle

47. Komponen 3D scanner
4 motorized axes

48. Aplikasi : Multitouch Screen
Video Multitouch,dan reactable

49. Frustated Total Internal
Relection (FTIR)
A fiduciary marker atau fiducial
adalah sebuah obyek dalam bidang
pandang sistem pencitraan, yang
akan muncul dalam bidang citra
untuk digunakan sebagai titik
referensi atau titik pengukuran.
Obyek ini mungkin sesuatu yang
ditempatkan didalam benda atau
bentuk benda itu sendiri.
Keuntungan Kekurangan
Tidak diperlukan kotak yang tertutup Diperlukan set-up khusus untuk
pemancaran infra LED
Blob memiliki kontras yang kuat Memerlukan permukaan sentuh tambahan
(compliant surface)
Memungkinkan untuk berbagai tekanan tidak dapat menggunakan permukaan kaca
blob
Dapat mendeteksi sentuhan sekecil ujung Tidak dapat mengenali obyek atau fiducial
pena (pen tip)

50. Diffuse Illumination (DI)
– Rear Illumination
Keuntungan Kekurangan
Tidak perlu permukaan sentuh tambahan Sukar untuk mendapatkan iluminasi yang
(compliant surface) seragam
Untuk permukaan dapat menggunakan Blob memiliki kontras yang yang rendah
material yang tranparan (s/w pengolahan citra perlu sangat teliti
untuk mengatasi persoalan kontras)
Tidak memerlukan kerangka LED Kemungkinan kesalahan yang besar untuk
mendeteksi blob
Dapat mendeteksi obyek, jari, fiducial dan Memerlukan kotak tertutup
benda mengambang (hovering)

51. Laser Light Plane (LLP)
Keuntungan Kekurangan
Tidak perlu compliant surface Tidak dapat mendeteksi obyek dan fiducial
Permukaan dapat menggunakan material Bila menggunakan 1 atau 2 buah laser
tranparan emitter sentuhan satu jari dapat
mengahalangi jari yang lain
Tidak memerlukan kerangka LED Tidak sensitif terhadap tekanan
Tidak Memerlukan kotak tertutup
Set-up paling sederhana
Paling murah dibandingkan teknik yang

52. LED Light Plane (LED
Keuntungan Kekurangan
Tidak perlu compliant surface Tidak dapat mendeteksi obyek dan fiducial
Permukaan dapat menggunakan material Obyek melayang (mungkin) dapat
tranparan dideteksi
Tidak Memerlukan kotak tertutup Hanya dapat menggunakan LED dengan
berkas pancar yg sempit (narrow beam)
Set-up paling sederhana
Paling murah dibandingkan teknik yang
lain