PERANCANGAN SISTEM DETEKSI BOLA MENGGUNAKAN

PUSTAKA OPENCV DENGAN MENGUNAKAN KAMERA

WEBCAM LOGITECH 720P PADA ROBOT PENJAGA GAWANG

SOCCER BERODA

SKRIPSI

Dibuat Untuk Memenuhi Syarat Mendapatkan Gelar Sarjana Teknik

Pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Sriwijaya

OLEH:

TEUKU AHMAD RIZAL HEKMATYAR

03041381320011

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SRIWIJAYA

2018

Motto

“This Land is just only our foothold to moving forward”

Skripsi ini saya persembahkan

untuk keluargaku tercinta

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala

anugerah, kasih, karunia dan rahmatNya, sehingga penulis dapat membuat skripsi ini

yang berjudul “Perancangan Sistem Autonomus Robot Penjaga Gawang Soccer Beroda

Menggunakan Sensor PING dan Kamera Webcam”.

Pembuatan skripsi ini sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana

Teknik pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya. Dalam

kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Irmawan S.Si., M.T. selaku Pembimbing Utama tugas akhir.

2. Bapak Muhammad Abu Bakar Sidik,S.T., M.Eng, Ph.D. selaku Ketua Jurusan

Teknik Elektro Universitas Sriwijaya.

3. Bapak Dr. Iwan Pahendra Anto Saputra, S.T., M.T. selaku Sekretaris Ketua

Jurusan Teknik Elektro Universitas Sriwijaya.

4. Ibuk Herlina, ST. MT selaku Dosen Pembimbing Akademik.

5. Segenap Dosen Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya

yang telah memberikan ilmu selama perkuliahan.

6. Orang tua, Adik-Adik dan keluarga yang telah memberikan dukungan

sepenuhnya selama pembuatan usulan proposal skripsi.

7. Teman-teman angkatan 2013 yang selalu memberikan dukungan

8. Keluarga kecil Cometronica, kak jefri hidayat, kak ali, kak beta, serta yang

lainnya

9. Adik tingkat elektro Oriza dan Cibon, eldy.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih belum sempurna.

Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan.

Semoga uraian ini dapat bermanfaat untuk kita semua.

Palembang, Januari 2018

Penulis

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ...................................................................................... i

HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................ ii

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING .......................................... iii

HALAMAN PERNYATAAN INTEGRITAS.............................................. iv

KATA PENGANTAR .................................................................................... v

ABSTRAK ...................................................................................................... vii

ABSTRACT .................................................................................................... viii

DAFTAR ISI ................................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xii

DAFTAR TABEL........................................................................................... xiii

BAB I PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang ...................................................................................... 1

I.2. Perumusan Masalah .............................................................................. 2

I.3. Batasan Masalah ................................................................................... 2

I.4. Tujuan Penulisan .................................................................................. 2

I.5. Keaslian Penelitian ............................................................................... 3

I.6. Metodologi Penelitian ........................................................................... 3

I.7. Sistematika Penelitian ........................................................................... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

II.1. Dasar Teori .......................................................................................... 7

II.1.1. Camera Logitech C525 ............................................................. 7

II.1.2. OpenCV ..................................................................................... 10

II.1.3. Bahasa Pemprograman Python ................................................ 11

II.1.4. Image Processing...................................................................... 12

II.1.5. Optical Flow ............................................................................... 15

II.1.5.1 Metode Lucas Kanade ................................................... 16

BAB III PERANCANGAN

III.1. Pengaturan Awal Aplikasi Python Versi 3.7.3 .................................. 18

III.2. Petunjuk Dasar Penggunaan Aplikasi Python 3.7.3 ........................... 22

III.2.1. Pengolahan Citra Menggunakan Python Terhadap Gambar .... 23

III.2.2. Pengolahan Citra Menggunakan Python Terhadap Video ....... 26

III.2.2.1 Pengolahan Video Dengan Optical Flow ........................... 30

III.3. Optical Flow .............................................................................................. 31

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

IV.1 Pembahasan Deteksi Bola Menggunakan Software Python IDE ........ 31

IV.2. Pengujian Kamera ............................................................................... 31

IV.3. Pengujian Objek ................................................................................. 33

IV.4. Pengujian Pada Lumen Meter ............................................................ 34

IV.5. Hasil Analisa Video Terhadap Intensitas Cahaya ............................. 35

IV.6. Pengukuran Waktu Eksekusi Aplikasi .............................................. 36

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

V.1 Kesimpulan .......................................................................................... 37

V.2 Saran ..................................................................................................... 37

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 38

LAMPIRAN ....................................................................................................... 39

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Camera Logitech C525 Yang Digunakan .................................... 8

Gambar 2.2. Logo OpenCV .............................................................................. 10

Gambar 2.3. Logo Python................................................................................. 11

Gambar 2.4. Contoh Visualisasi Pembagian Region Blu-Ray Disc .................. 13

Gambar 2.5. Contoh Image Retrival ................................................................. 14

Gambar 2.6. Contoh Pergerakan Vektor Pada Video Optical Flow ................. 15

Gambar 3.1. Tampilan Halaman Pengunduhan Aplikasi Python ...................... 18

Gambar 3.2. Tampilan Jendela Instalasi Python ................................................. 19

Gambar 3.3. Tampilan Proses Instalasi Python ................................................... 20

Gambar 3.4. Tampilan Akhir Instalasi Python .................................................... 20

Gambar 3.5. Tampilan Informasi Versi Python Pada Jendela CMD................... 21

Gambar 3.6. Proses Instalasi OpenCV Untuk Python Melalui CMD ................. 21

Gambar 3.7. Tampilan Python IDLE Shell Hello World ..................................... 22

Gambar 3.8. Tampilan Python Menggunakan CMD ........................................... 22

Gambar 3.9. Tampilan Python IDLE Shell menampilakan gambar .................... 24

Gambar 3.10. Gambar Yang Ditampilkan Oleh Python ...................................... 24

Gambar 3.11. Tampilan Python IDLE Shell untuk gambar Hitam Putih ............ 25

Gambar 3.12. Gambar Yang Ditampilkan Oleh Python ...................................... 25

Gambar 3.13. Tampilan Aplikasi Camera Pada Windows 10 ............................. 26

Gambar 3.14. Printah Pada Python Untuk Mengambil video Putih Abu-Abu .... 27

Gambar 3.15. Tampilan Gambar Output Pada Python ........................................ 28

Gambar 3.16. Perintah Yang Digunakan Untuk Mengunakan Flow Motion ...... 29

Gambar 3.17. Pendeteksian Benda Dengan Optical Flow................................... 30

Gambar 4.1. Pengujian Kamera Di Dalam Ruangan Tanpa Lampu .................. 32

Gambar 4.2. Pengujian Kamera Di Dalam Ruangan Dengan Lampu ................ 32

Gambar 4.3. Pengujian Kamera Di Luar Ruangan ............................................. 32

Gambar 4.4. Hasil Deteksi Cahaya Pada Lumen Meter Pada Ruangan Gelap .. 34

Gambar 4.5. Hasil Deteksi Cahaya Pada Lumen Meter Pada Ruangan Terang 34

Gambar 4.6. Hasil Deteksi Cahaya Pada Lumen Meter Diluar Ruangan .......... 34

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

Tabel 2.1. Spesifikasi Kamera Webcam Logitech Yang Digunakan .............. 9

Tabel 2.2. Detail Kamera Yang digunakan ..................................................... 15

Tabel 4.1 Pengujian Objek Terhadap Pendeteksian Kamera. ......................... 48

Tabel 4.2 Hasil Deteksi Objek Dengan HSV ..................................................... 51

Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Kecepatan Ekseskusi Program Optical Flow........ 51

ABSTRAK

PERANCANGAN SISTEM SISTEM DETEKSI BOLA MENGGUNAKAN

PUSTAKA OPENCV DENGAN MENGUNAKAN KAMERA WEBCCAM

LOGITECH 720P PADA ROBOT PENJAGA GAWANG SOCCER BERODA

(Teuku Ahmad Rizal Hekmatyar, 03041381320011, 2018, 57 halaman)

Pengontrolan robot tidak lepas dari suatu sistem kendali yang dapat mengolah

sinyal yang diterima agar menjadi suatu perintah yang dapat menggerakan robot dan

melakukan tugas sesuai dengan yang diinginkan. Sistem kontrol dibutuhkan untuk

memperbaiki tanggapan sistem dinamik agar didapat sinyal keluaran seperti yang

diinginkan. mengembangkan kemampuan dalam bidang mekanika, manufaktur,

elektronika, pemograman, articial intelligent, image processing, komunikasi digital,

strategi, kemampuan meneliti dan menulis artikel, sekaligus diperlukan pengembangan

ke arah toleransi, disiplin, kerjasama, sportifitas, saling menghargai, kontrol emosi dan

kemampuan softskill lainnya. Penjaga Gawang adalah tugas untuk menjaga gawang

dari objek yang menjadi poin penentu bagi pihak sendiri maupun pihak oposisi Robot

penjaga gawang merupakan robot yang harus memiliki kemampuan untuk melihat

posisi bola dengan akurat dan mampu beraksi cepat sehingga bola tidak bisa menembus

pertahanan robot penjaga gawang. Robot tersebut dirancang menggunakan sensor

proximity dan stick playstation wireless. Hasil percobaan yang telah dilakukan robot

dapat dengan baik yang mana navigasi robot memanfaatkan inputan dari sensor

proximity kemudian diolah menggunakan algoritma PID untuk sistem kontrol

navigasinya. Dari hasil tuning PID didapatlah nilai P = 5, I = 1, dan D = 100

Kata kunci : Robot, Image Procesing Wireless, Sensor Proximity, Penjaga Gawang,

Kontrol PID

ABSTRACT

DESIGN OF BALL DETECTION SYSTEM USING OPTICAL FLOW

METHODS ON GOAL KEEPER WHEELED SOCCER ROBOT

(Teuku Ahmad Rizal Hekmatyar, 03041381320011, 2019)

Robot control can not be separated from a targeting system that can process the

received signal so that a robot can work properly, this needs to be supported by

communication capabilities between a camera that is able to produce images clearly

(noisless) with a microcontroller robot. The microcontroller can load information that

has been done by the camera, by using Python to process information from camera so

that it can be used by the microcontroller on the robot. The OpenCV library is used to

increase efficiency and focus on realtime applications. Image processing is not only

for industrial applications, but can also be used on other things in everyday life. The

camera on the robot must block the ball to prevent it from entering the goalpost. For

this reason, using the optical flow method wich is a method of object detection using

pixle is beneficial for ball detection, patterns in the image and then running its position.

this object detection system can detect the ball up to 150 cm

Keyword : Robots, Image Processing, Object Detection, Goalkeeper, Ball

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Semakin berkembangannya teknologi robot di Indonesia maka diadakanlah KRI

(Kontes Robot Indonesia) Kontes Robot Sepakbola Indonesia Beroda diadakan untuk

meningkatkan keilmuan dan kreatifitas mahasiswa di bidang robotika, dalam kontes

ini, mahasiswa dituntut untuk bisa mengembangkan kemampuan dalam bidang

mekanika, manufaktur, elektronika, pemograman, articial intelligent, image

processing, komunikasi digital, strategi, kemampuan meneliti dan menulis artikel,

sekaligus diperlukan pengembangan ke arah toleransi, disiplin, kerjasama, sportifitas,

saling menghargai, kontrol emosi dan kemampuan softskill lainnya. Kontes Robot

Sepakbola Indonesia Beroda diselenggarakan berdasarkan aturan yang dilakukan di

RoboCup Middle Size League (MSL), dengan menyesuaikan kondisi di Indonesia,

misalnya pada ukuran lapangan dan lainnya[8].

Dengan mengikuti Kontes Robot Indonesia dalam bidang Kontes Robot Sepak

Bola Indonesia Beroda, maka nama Universitas Sriwijaya khususnya Progam studi

Teknik Elektro akan semakin baik di tingkat regional maupun nasional. Selain itu

dengan mengikuti Kontes Robot Indonesia dalam bidang Kontes Robot Sepak Bola

Indonesia Beroda kemampuan mahasiswa dari progam studi Teknik Elektro dalam

bidang sensor, teknik kendali, serta teknologi robot akan mengingkat.

Berdasarkan permasalah tersebut pada peneletian ini dibuat sebuah prototype

pengontrol robot penjaga gawang soccer beroda yang dapat dimanfaatkan oleh tim

RIMAU Universitas Sriwijaya untuk mengikuti Kontes Robot Sepak Bola Indonesia

Beroda. Pengontrolannya menurut peraturan RoboCup Middle Size League (MSL)

dengan cara membuat komputer mini yang dapat mengontrol robot untuk menghadang

bola secara otomatis, serta dilengkapi sebuah kamera yang cakupannya dapat

menangkap video dari keseluruhan lapangan permainan sepak bola. Pengontrolan

dapat dilakukan dengan berbagai macam cara baik Fuzzy, PID maupun analisa vektor

dan lain – lain. Penelitin ini menggunakan Arduino mega 2560 yang akan mengontrol

robot secara otomatis serta laptop untuk mengakses webcam sebagai pengambil video

untuk menetukan nilai x dan y bola yang akan dituju. Robot ini di harapkan mampu

menghadang bola dari sisi kiri, kanan, maupun tengah. Bedasarkan uraian di atas, maka

penulis membuat tugas akhir ini dengan judul:

“Perancangan Sistem Deteksi Bola Menggunakan Pustaka OpenCV Dengan

Menggunakan Kamera Webcam Logitech 720p Pada Robot Penjaga Gawang

Soccer Beroda”

I.2. Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, maka penulis merumuskan masalah sebagai

berikut:

1. Bagaimana merancang agar kamera logitech 720p dapat mendeteksi

objek bulat (bola).

2. Bagaimana akurasi dan waktu deteksi kamera dalam mendeteksi posisi

bola dari berbagai sudut.

I.3. Pembatasan Masalah

Dari latar belakang di atas, maka pembatasan masalah pada Tugas Akhir ini

adalah sebagai berikut:

1. Kamera yang digunakan adalah kamera Logitech C525.

2. Bahasa pemograman yang digunakan C Arduino dan Python.

3. Komunikasi serial dengan Arduino Mega 2560 menggunakan Python

serial.

4. Jenis bola yang digunakan yaitu bola futsal bewarna oranye.

5. Mikrokontroller yang digunakan adalah Arduino Mega 2560.

6. Komputer yang digunakan ialah laptop Lenovo G40.

I.4. Tujuan Penulisan

1. Merancang program object tracking robot penjaga gawang soccer beroda

menggunakan kamera webcam agar dapat menghadang bola dari berbagai

sudut.

I.5. Keaslian Penelitian

Berikut beberapa judul penelitian yang telah dilakukan mengenai program

deteksi objek, penelitian berikut ini dilakukan oleh Inzar Salfikar beserta timnya

dengan judul penelitian “Humanoid Soccer Robot : System Kendali Visual

Menggunakan Metode Fuzzy Sebagai Penjejak Objek”. Penelitian ini memuat

Penerapan metode fuzzy dalam robot dilakukan agar respon yang diambil robot lebih

sesuai dengan kondisi yang terjadi pada sensor agar robot memiliki kecerdasan dalam

mengenali objek berupa bola, pemrosesan gambar yang dilakukan yaitu mendeteksi

objek menggunakan metode tracking color yang mana merupakan metode

mencocokkan warna yang sesuai dengan bentuk benda apapun serta menentukan titik

tengah dari objek yang terdeteksi. Informasi lokasi titik tengah pada objek merupakan

informasi navigasi sehingga menghasilkan kondisi – kondisi yang direspon oleh robot

dengan cara bergerak ke arah objek tersebut. [1]

Kemudian untuk pengukuran jarak dengan menggunakan metode Fuzzy juga

pernah dilakukan oleh Chabibi Aulia Rahman Al Hasmy, Fernando Ardila, dan

Setiawardhana dengan judul penelitian “Penentuan peran dalam robot sepak bola

dengan metode fuzzy. Penelitan membahas menggambarkan startegi bekerjasama

dalam robot sepak bola. Setiap robot mempunyai kemapuan dasar seperti kemampuan

untuk bergerak mandiri atau autonomous, kemampuan vision yang berfungsi untuk

melihat daerah sekitarnya, kemampuan pencarian posisi dirinya atau self-location,

kemampuan melacak

objek, dan semua pemain dapat berkomunikasi untuk berbagi informasi yang didapat

dari masing - masing pemain. Dengan menggunakan metode fuzzy akan dapat

menghasilkan output yang berbeda antar satu robot dengan memanfaatkan dua buah

variabel fuzzy yang sudah dihitung sebelumnya berupa jarak dan sudut, perbandingan

output fuzzy kemudian dikirimkan menggunakan komunikasi antar robot untuk

mendapatkan hasil akhir berupa 4 peran pemain dan posisi setiap pemain di

lapangan.[2]

Penelitian selanjutnya dilakukan oleh Erik V. Cuevas, Daniel Zaldıvar dan

Raul Rojas dengan judul “Fuzzy condensed algorithm applied to control a robotic

head for visual tracking”. Penelitian ini memuat tentang implementasi kontroler fuzzy

berdasarkan algoritma fuzzy kental atau proporsional fuzzy algoritma derivatif (fuzzy

PD).[3]

I.6. Metodologi Penelitian

Dalam penulisan Tugas Akhir ini, metode – metode yag dilakukan adalah sebagai

berikut:

a. Studi Pustaka

Pada tahap ini, penulis mengumpulkan berbagai macam bahan-bahan

tulisan yang menyangkut dengan judul penelitian penulis dari bermacam-

macam sumber seperti buku, jurnal penelitian sebelumnya, internet, dan

lainnya.

b. Perancangan

Perancangan Elektronik

Membuat rancangan elektronik menggunakan software livewire,

kemudian mengujinya di software proteus terlebih dahulu sebelum

membuat rangkaian elektronika yang sesungguhnya agar

meminimalisir kesalahan ketika dalam pengerjaan elektrikal robot.

Perancangan Progam

Membuat listing program untuk mengetahui nilai x dan y bola,

dan mengatur kecepatan motor DC untuk navigasi.

c. Pengambilan Data

Data yang diambil berupa nilai x dan y bola, ouput PWM motor pada

saat robot bernavigasi.

d. Kesimpulan

Mengambil kesimpulan berdasarkan masalah – masalah yang ditemui

pada semua proses yang telah dilakukan.

I.7. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan Tugas Akhir ini terdiri dari 5 bab, dengan masing-masing

bab adalah sebagai berikut :

BAB I : Pendahuluan

Berisi tentang latar belakang masalah, perumusan masalah,

pembatasan masalah, tujuan penelitian, keaslian penelitian, dan

metode penelitian.

BAB II : Tinjauan Pustaka

Bab ini memuat teori dasar tentang pemrograman, metode

kendali serta rangkaian-rangkaian elektronika yang digunakan

dalam Perancangan Sistem Deteksi Bola Menggunakan

Pustaka OpenCV Dengan Menggunakan Kamera Webcam

Logitech 720p Pada Robot Penjaga Gawang Soccer Beroda.

BAB III : Perancangan

Bab ini menjelaskan tentang perencanaan secara keseluruhan

dari Perancangan Sistem Deteksi Bola Menggunakan Pustaka

OpenCV Dengan Menggunakan Kamera Webcam Logitech

720p Pada Robot Penjaga Gawang Soccer Beroda. yang terdiri

dari :

Perancangan Mekanik

Perancangan Elektronik

Perancangan Program

BAB IV : Hasil dan Pembahasan

Bab ini menjelaskan tentang prosedur pengambilan data

dengan beberapa metode kendali dan data hasil pengujian alat

yang dilakukan.

BAB V : Kesimpulan dan Saran

Bab ini membahas tentang kesimpulan-kesimpulan yang

didapat dari hasil penelitian serta saran-saran yang

berhubungan dengan masalah-masalah yang ditemui untuk

pengembangan selanjutnya.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Fendish. 2017.Pengontrol Robot Soccer Beroda Berbasis Rasberry Pi3

Sebagai Prototype ERSBI. Teknik Elektro.

[2] Karnigoro. Budiharto. 2014. Fast Ball Detection and Tracking for

Humanoid Soccer Robot Using Sift Keypoint Detector. Jakarta. Teknik

Komputer.

[3] Nuryono. 2015.Pengendalian PID Pada Robot Mirosoft UPN Yogyakarta

Berbasis Sensor Gyroscope dan Accelerometer. UPN. Teknik Informatika

[4] Mordvintsev, Alexander, Abid K., 2016, Introduction of openCV, http://doc

s.opencv.o rg/trunk/d0/de3/tutorial_py_intro.html, (diakses 16 September 2017 )

[5] _____, Mengenal Arduino Mega 2560. http://ecadio.com/belajar-dan-

mengenal-arduino-mega (diakses pada tanggal 18 Maret 2017)

[6] Taufan, Muhammad. 2012. GPS (Global Positioning System). http://www.ri

der-system.net/2012/03/gps-global-positioning-system.html

[7] _____, NEO-6M GPS Module with EEPROM. http://ecadio.com/belajar-dan-

mengenal-arduino-mega (diakses pada tanggal 17 Maret 2017)

[8] _____,Tujuan Kontes Robot Indonesia, (https://www.kontesrobotindonesia.

o rg/te ntang-kri/), (diakses 16 Sepetember 2017)