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)