2. SISTEM OPTIK DALAM FOTOGRAMETRI Agar

2. SISTEM OPTIK DALAM FOTOGRAMETRI
Agar dapat berfungsi dengan balk, maka secara praktis semua piranti fotometri
dalam beberapa hal tergantung kepada bagian-bagian optiknya. Jumlah serta jenis
bagian optik yang dipergunakan tersebut sangat beraneka sesuai dengan tipe piranti.
Sebagal contoh, stereoskop saku kecil hanya unakan lensa-lensa sederhana yang tipis
saja, kamera untuk pemotretan udara mempunyai susunan lensa yang diatur sangat
teliti serta mahal harganya, piranti plotter stereoskopik yang canggih kebanyakan
menggunakan lensa, cermin dan prisma yang banyak jumlahnya.
Di dalam ilmu optika fisika, cahaya dianggap bergerak melalui zat Denahantar,
misalnya udara dalam suatu rangkaian gelombang elektromagnetik yang memancar
dari suatu titik sumber cahaya. Secara konseptual hal ini dapat dipandang sebagai
suatu kelompok lingkaran sepusat yang mengembang atau memancar keluar menjauhi
suatu sumber cahaya, seperti dilukiskan pada Gambar 2. 1.
Kemudian di dalam ilmu optika geometris, cahaya dianggap bergerak mulai dari
satu titik sumber melalui suatu zat penghantar dalam arah garis lurus yang disebut
sinar. Gambar 2.2. melukiskan adanya sejumlah sinar yang memancar ke segala arah
mulai dari satu titik sumber. Seluruh kumpulan pancaran garis-garis tersebut
dinamakan satu berkas sinar. Konsep tentang pancaran sinar tersebut berkembang
secara logika dimulai dari ilmu optika fisika.
Dalam menganalisis dan memecahkan persoalan fotogrametris, seringkali
diperlukan diagram gans dengan bentuk yang diperkecil. Untuk mempersiapkan pada
umumnya memerlukan penggambaran garis-garis yang dilalui sinar menembus udara
maupun bermacam-macam bagian optik. Bentuk-bentuk diagram semacam ini
seringkali dipergunakan sebagai suatu dasar untuk menghasilkan rumus-rumus dasar
dalam fotogrametri. Berdasarkan atasan alasan itulah maka pengetahuan dasar
tentang perilaku cahaya, terutama ilmu optika geometric merupakan syarat utama
untuk memahami teori dan konsep fotogrametri.
Universitas Gadjah Mada
1. Pembiasan dan Pemantulan
Apabila cahaya menembus dan suatu bahan ke bahan lainnya, maka ia
alami perubahan kecepatan sesuai dengan sifat susunan bahan yang dilaluinya.
Cahaya memperoleh kecepatannya yang maksimum sewaktu bergerak menembus
ruang hampa udara, agak Iebih lambat gerakannya dalam menembus udara dan
bergerak Iebih Iambat lagi melalui air dan kaca. Ukuran nilai kecepatan cahaya
dalam menembus sesuatu zat dikenal dengan angka indeks bias zat tersebut.
Untuk mudahnya angka indeks bisa merupakan perbandingan antara besarnya
kecepatan cahaya dalam ruang hampa udara dengan kecepatannya dalam
menembus sesuatu zat, yaitu:
n= c/v
Apabila sebuah sinar diarahkan kepada sebidang kaca yang mempunyai
dua buah sisi yang benar-benar sejajar, maka sinar tersebut akan keluar dari kaca
itu dengan arah sejajar terhadap arah sewaktu sinar itu memasuki kaca. Apabila
sinar menembus kaca tersebut dengan arah condong, maka sinar itu akan
bergerak ke samping sejauh h seperti ditunjukkan pada Gambar 2.4. Sinar yang
bergeser tersebut akan keluar dari dalam kaca dan tetap terletak pada satu bidang
dengan sinar datang, dan jarak pergeserannya semakin besar sesuai dengan
pertambahan besarnya sudut datang dan tebal kaca.
Persamaan berikut ini adalah yang dipergunakan untuk menghitung
besamya pergeseran ke samping tersebut, apabua tebal kaca sebesar t, angka
bisa sebesar n dan n’, sudut-sudutnya sebesar
h = t sin φ 1 −
dan
‘.
n cos φ
n'cos φ
Universitas Gadjah Mada
Apabila seberkas sinar mengenai suatu permukaan yang halus, misalnya
permukaan logam yang digosok halus sekali, maka sinar itu dipantulkan
sedemikian rupa, sehingga sudut pantulan
datang
,” sama besamya dengan sudut
, seperti tampak pada Gambar 2.5. Kedua buah sudut tadi terletak pada
suatu bidang bersama dan diukur dari NN’, yaitu garis tegak lurus terhadap
permukaan benda yang memantulkan sinar.
Dari seluruh permukaan itu sebagian membiaskan sinar dan sebagian lagi
memantulkannya. Semakin besar sudut datang, semakin besar bagian sinar yang
dipantulkan. Untuk suatu berkas sinar yang menembus mulai dan suatu zat dengan
angka indeks bias yang lebih besar masuk ke zat lain dengan angka indeks bias
lebih kedil (contohnya dan kaca ke air), terdapat suatu sudut datang tertentu yang
menghasilkan sudut bias tepat sebesar 90o. Sudut datang yang menyebabkan
terjadinya keadaan serupa itu disebut sudut kritis
. Apabila besarnya angka
indeks bias dari dua macam zat diketahui maka besarnya sudut kritis itu dapat
dihitung dengan menggunakan modifikasi hukum Snellius berikut ini, dimana sinus
sudut bias yang sebenarnya 900 itu adalah 1,000.
sin c = n’/n
Dalam persamaan itu
c adalah sudut datang kritis dan n serta n’ adalah angka
indeks bias seperti yang sebelumnya.
2. Cermin, Prisma, dan Lensa
Cermin datar yang digunakan untuk keperluan non ilmiah pada umumnya
terbuat dari lembaran kaca datar dengan suatu lapisan pemantul dan peraktipis di
belakangnya. Lapisan perak tersebut biasanya ditutup dengan cat sebagai
pelindung. Akan tetapi jenis cermin dengan lapisan pemantul di belakang ini secara
optik kurang menguntungkan, karena cermin ini memantulkan banyak sinar yang
berbaur dengan berkas sinar utama yang dipantulkan, seperti ditunjukkan pada
Gambar 2.6. Pantulan yang tidak dikehendaki ini dapat dengan menggunakan
cermin berlapis depan, yaitu cermin yang lapisan perak dibagian depan kaca,
seperti ditunjukkan pada Gambar 2.7. Meskipun cermin yang dibuat dengan cara
ini secara optik dapat tetapi Ia mudah sekali menjadi kabur oleh bekas jari, asap,
dan sebagainya, dan umumnya tidak digunakan lagi apabila diganti dengan prisma.
Pada piranti fotogrametri tertentu dimungkinkan untuk secara serentak
mengamati suatu gambaran hasil pantulan dan gambaran suatu obyek yang di
Universitas Gadjah Mada
belakang cermin pemantul. Hal ini dapat ditempuh dengan menggunakan
nakan cermin
setengah tembus cahaya..
Untuk sudut datang yang Iebih besar daripada sudut kritis tidak terjadi
pembiasan, tetapi setiap berkas sinar mengalami pemantulan sempurn
sempurna.
Pengertian dasar ini digambarkan dengan prisma bersudut siku-siku
siku siku daam Gambar
2.8.
Gambar 2.8 Pantulan sempurna melalui prisma bersudut siku-siku
siku
(
daripada
Iebih besar
c’)
Berkas sinar A’ masuk menembus prisma dengan arah tegak lurus terhadap
salah satu permukaannya. Berkas sinar itu mengalami pemantulan sempu
sempurna di A
(
adalah 45°, yang Iebih besar dari
c), dan keluar menurut arah garis AR. Suatu
keuntungan penggunaan prisma
p
dibandingkan dengan cermin berlapis depan ialah
bahwa pemantulan sinar secara sempurna
sempu a dapat dicapai tanpa menggunakan
menggu
lapisan perak, oleh karenanya permukaan kaca tidak mudah menjadi suram.
Karena itu maka prisma banyak digunakan sebagai bagian pemantul sinar dalam
piranti fotogrametri.
Prisma bersudut siku-siku berfungsi membelokkan sinar sebesar 90°, dan
prisma porro yang juga bersudut siku tetapi diatur arah pemasangannya, sehingga
sinar yang dipantulkannya dibelokkan 180° dari arah datangnya. Juga ada prisma
yang membuat
kenampakan gambar terbalik. Prisma
bersisi lima
akan
membelokkan berkas sinar sebesar 90° tanpa memandang arah orientasi prisma.
Semua prisma pada Gambar 2.9 tersebut biasa digunakan dalam piranti
fotogrametri untuk merubah arah perjalanan sinar maupun orientasi gambaran
obyek.
Universitas Gadjah Mada
Gambar 2.9 Tipe-tipe
Tipe
prisma umum.
Sebuah lensa sederhana biasanya terbuat dari
da sekeping kaca optik yang
telah diasah, sehingga dua belah permukaannya melengkung atau sebelah
melengkung
kung dan belahan lainnya datar. Berbagai tipe lensa tipis disajikan pada 10
a hingga f. Berkas-berkas
berkas sinar datang yang menembus lensa cembung
ng positif) a
hingga c dibiaskan kearah saling mendekati sàtu sama lain. cekung (negatif) d
hingga f membiaskan berkas sinar datang dengan arah menyebar.
Fungsi utama lensa adalah mengumpulk
mengumpulkan
an berkas sinar yang berasal dari
titik yang membentuk obyek dan mengumpulkannya ke arah titik api yang terletak
pada jarak tertentu di sisi lain dibalik lensa. Lensa dapat berfungsi demikian
emikian karena
mengikuti prinsip
sip pembiasan sinar. Perkakas yang paling mudah dan sederhana
guna memperagakan fungsi suatu lensa ialah lubang jarum
arum yang secara teoritis
memungkinkan masuknya suatu sinar tunggal yang berasal dari
da setiap titik dan
obyek. Lubang kecil dengan garis tengah d]] pada kamera lubang jarum pada
Gambar 2.11 membuahkan suatu gambaran obyek dalam keadaan terbalik.
Gambar 2.10 Berbagai tipe lensa tipis.
3. Formula Lensa
Seberkas sinar datang yang berasal dan suatu obyek pada jarak tak
terhingga jauhnya dari lensa akan berjalan
alan sejajar, dan gambar akan menjadi pada
bidang fokus tak terhingga.
hingga. Bagi obyek yang terletak
te
pada jarak tertentu saja jauh
dan lensa, maka jarak gambar lebih besar dan panjang fokus. Semakin dekat
obyek tersebut kepada lensa., maka akan semakin jauh letak titik gambarnya.
Persamaan berikut menggambarkan hubungan antara jarak o dan jarak gambar i
dengan panjang fokus f pada suatu lensa positif.
1/o + 1/i = 1/f
Apabila panjang focus suatu lensa dan jaraknya ke obyek diketahui, maka jarak
gambar yang terjadi di bidang gambar dapat dihitung dengan menggunakan
formula lensa.
4. Kualitas Lensa
Tidaklah mungkin bagi suatu lensa tunggal untuk membuahkan gambar
yang sempurna. Ketidaksempumaan yang mengurangi ketajaman gambar tersebut
dinamakan aberasi. Keadaan tersebut menggalakkan penggunaan lensa-lensa
gabungan, sehingga dapat melakukan pembetulan terhadap aberasi dan
mengusahakannya hingga batas yang dapat diterima..
Aberasi lensa yang utama adalah: (1) aberasi sperik, yaitu kemerosotan
mutu gambar di sekitar sumbu lensa, (2) astigmatisme, yaitu keadaan dimana
garis-garis tegak lurus pada obyek tidak tergambar secara jelas, dan (3) kromatik,
yaitu yang disebabkan oleh perbedaan sifat pembiasan bermacam-macam warna
yang membentuk wama putih. Lainnya adalah distorsi lensa, yang tidak
mengurangi kualitas gambar, tetapi merusak nilai geometrinya atau ketelitian letak,
yang besarannya ditentukan dengan pengujian kalibrasi.
Universitas Gadjah Mada