CN101788270A - 一种基于测距技术的行李尺寸在线测量系统及其方法 - Google Patents
一种基于测距技术的行李尺寸在线测量系统及其方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于测距技术的行李尺寸在线测量系统及其方法。系统主要由信号采集平台、A/D转换器、图像处理模块和服务器等构成，其中，信号采集平台包括工作台、行李传送装置、行李检测仪和测距传感器阵列。图像处理模块对A/D转换后得到的一维数字距离信号进行存储，并将其转换成二维面阵距离图像，根据二维面阵距离图像的像素值大小及空间分布情况，分割出行李区域，进而计算得到行李的长、宽、高等尺寸信息。本发明在测距和图像处理技术的基础上，以在线、非接触的方式自动获取行李的尺寸，可用于机场、火车站、汽车站等多种场合的行李尺寸在线测量。
Description
技术领域
本发明涉及测距与图像处理技术领域，具体地说涉及一种基于测距技术的行李尺寸在线测量系统及其方法。
背景技术
随着世界各国航空客运市场的快速发展，乘坐飞机来往于各地的旅客人数在不断增多。然而，受机场、行李装卸、分检设备、人员素质、甚至天气等多种不确定因素的影响，航班行李发生不正常运输的事故越来越多。
对于这些不正常运输的行李，在1980年以前，世界各国航空公司基本上是采用电传(TTY)的方式相互查询。在各国航空公司的呼吁和期待下，1980年、1984年、1989年相继出现了第一代行李查询BAGTRAC系统(BAGGAGE TRACING SYSTEM，缩写为BT)、第一代行李查询管理系统BAHAMAS(BAGGAGE HANDLING MANAGEMENT，缩写为BM)、以及基于上述BT和BM两套系统的世界行李查询系统WORLD TRACER。世界行李查询系统WORLD TRACER充分利用了现代化的信息管理方式，对世界上加入这套系统的航空公司，实现了事故行李的自动核对查找、实时监控和系统管理。这套系统的主机备份在美国亚特兰大的数据处理中心，由各国航空公司采用租借的形式交费使用。
受高昂的费用、无中文功能等因素影响，目前我国仅有国航、东航、南航和厦航等少数几家航空公司的部分有国际运输的航站使用这套“环球行李查询系统”，相互间还做不到行李信息资源的完全共享。
我国各航空公司独立处理不正常运输的行李，对事故行李缺乏有效沟通，使得行李运输的事故率居高不下，旅客的行李投诉率也逐年攀升，增加了承运人的运营成本，极大影响了承运人的信誉。虽然国内有个别航空公司，如南航，对外公布开发了一套用于行李查询、能与互联网相衔接的、具有中文功能的行李查询系统，但这套系统因为仅限于本航空公司内部使用，而且使用的航站少，还没有充分发挥出其应有的作用。对于不正常运输的行李，当前国内大多数机场主要依赖于行李处理人员通过目测方法获得行李的基本信息，人工登记行李基本情况表。随着行李不正常运输事故的日益增多，这种重复、低效的全人工处理方式，严重影响了事故行李处理的效率，也给事故行李处理人员带来了繁重的工作量。对于我国这样一个航空运输业快速发展的大国，当前不正常运输行李的查询现状与我国民航运输的发展极不和谐。
为了从根本上解决事故行李的查找问题，应该利用现代高科技，研发我国自己的、性价比高、具有中文功能的“行李查询系统”，将各地航站的行李信息互通互联，进而使出现行李运输事故的旅客，能够通过互联网，轻易查阅和调取自己行李的信息。这不仅能提高事故行李的查找率，还能减轻行李查询工作人员的负担，更方便旅客。
如何实现机场事故行李的自动统计与查询，而且能最大限度地保持现行的机场行李运行机制，成为广大机场和航空公司高度关注的问题。其中，行李尺寸大小是事故行李查询的重要指标和重要依据，因此，行李尺寸的自动测量对于行李的信息统计与有效查询具有非常重要的意义。
在测距原理的基础上利用图像处理技术来获得行李的尺寸，具有成本低、非接触、在线和自动测量的特点，不仅可用于机场行李的测量，也可用于火车站、长途汽车站等行李的测量。目前，虽然测距技术已经在很多领域得到了应用，但是未曾出现过基于测距技术的行李尺寸测量系统。
发明内容
本发明的目的在于解决上述存在的问题，提供一种基于测距技术的行李尺寸在线测量系统与方法，综合利用测距和图像处理技术，实现行李尺寸的低成本、非接触、自动、在线测量。
为了实现本发明的目的，本发明的第一方面是提供一种基于测距技术的行李尺寸在线测量系统，该系统采用的技术方案包括：工作台、测量部、A/D转换器、图像处理模块和服务器，其中：工作台内安装测量部，测量部在线、非接触测量行李表面不同部位距测量部的距离，获得行李不同部位的一维模拟距离信号；A/D转换器与测量部的一输入端连接，A/D转换器接收并将行李不同部位的一维模拟距离信号转为行李不同部位的一维数字距离信号；图像处理模块与A/D转换器连接，图像处理模块存储行李不同部位的一维数字距离信号，并根据获取时间的先后组成行李的二维面阵距离图像，并对二维面阵距离图像进行分析和计算处理，得到行李的长、宽、高尺寸信息；服务器与图像处理模块连接，服务器接收并存储行李的长、宽、高信息，为行李管理人员和旅客提供行李信息的查询服务，实现行李尺寸自动化处理。
其中，所述测量部包括：位于工作台内的测距传感器阵列、行李检测仪及行李传送装置，测距传感器阵列嵌在工作台的内顶面上，与行李传送装置的前进方向垂直，用来测量行李表面不同部位距测距传感器阵列的一维模拟距离信号；行李传送装置的上面放置行李，用于运送行李；行李检测仪安装在工作台的内侧面，靠近工作台入口处，用于检测是否有行李出现。
其中，所述工作台呈倒立的凹槽形。
其中，所述图像处理模块从二维面阵距离图像中分割出行李区域；并针对分割出来的行李区域，图像处理模块对各像素点的像素值进行处理和统计分析，获得该行李的高度；针对分割出来的行李区域，图像处理模块提取该行李的轮廓，获得该行李的长、宽信息。
其中，所述测距传感器阵列，其工作状态由系统自动触发，在行李检测仪检测到有行李时，触发测距传感器阵列开始工作；测距传感器阵列是随着行李的匀速前进，不断获取行李表面距测距传感器阵列的距离信号。
其中，所述服务器上安装有上网装置，并与Internet网络连接。
为了实现本发明的目的，本发明的第二方面是提供一种基于测距技术的行李尺寸在线测量系统的测量方法，该方法采用的技术方案包括步骤如下：
步骤S1：行李传送装置在水平方向上作匀速运动，若行李传送装置上有行李时，行李相对于行李传送装置处于静止状态；
步骤S2：当行李穿过工作台时，行李检测仪检测到行李，触发测距传感器阵列开始测量行李表面距测距传感器阵列的一维模拟距离信号，当没有行李穿过工作台时，则返回步骤S1；
步骤S3：一维模拟距离信号经A/D转换器变换成一维数字距离信号，并发送给图像处理模块；
步骤S4：随着行李在水平方向的匀速运动，测距传感器阵列不断地获取行李表面不同部位距测距传感器阵列的一维模拟距离信号，并经A/D转换器，将转换后的一维数字距离信号发送给图像处理模块进行存储；
步骤S5：图像处理模块将所存储的行李不同部位的一维数字距离信号，根据获取时间的先后组成行李的二维面阵距离图像。
步骤S6：图像处理模块从二维面阵距离图像中分割出行李区域；
步骤S7：针对分割出来的行李区域，图像处理模块对各像素点的像素值进行处理和统计分析，获得该行李的高度；
步骤S8：针对分割出来的行李区域，图像处理模块提取该行李的轮廓，获得该行李的长、宽信息；
步骤S9：将行李的长、宽、高信息，送给服务器进行存储，以方便行李管理人员和旅客查询。
其中，所述测距传感器阵列的工作状态由系统自动触发，在行李检测仪检测到有行李时，触发测距传感器阵列开始工作。
其中，所述测距传感器阵列是随着行李的匀速前进，不断获取行李表面距测距传感器阵列的距离信号。
其中，所述图像处理模块从二维面阵距离图像中分割出行李区域；并针对分割出来的行李区域，图像处理模块对各像素点的像素值进行处理和统计分析，获得该行李的高度；针对分割出来的行李区域，图像处理模块提取该行李的轮廓，获得该行李的长、宽信息。
本发明的有益效果：本发明的基于测距技术的行李尺寸在线测量系统与方法，以测距技术为基础，采用图像处理方法，自动获取行李的尺寸大小。系统结构简单，成本较低，一次投入长期有效，容易实现，不仅可以实现行李尺寸的在线自动测量，而且不必在行李上事先设置标签，从而实现了在不改变当前机场运行机制的前提下非接触测量行李尺寸的目的，可大大减少行李处理人员的工作量，提高行李处理的效率。
附图说明
图1是本发明的总体结构图
图2是本发明的信号采集平台侧视示意图
图3是本发明的信号采集平台前视示意图
图4是系统工作流程图
图5是二维距离图像原理示意图
附图中主要标号说明
1：信号采集平台； 11：工作台； 12：测距传感器阵列；
13：行李； 14：行李检测仪； 15：行李传送装置；
16：工作台入口； 2：A/D转换器； 3：图像处理模块；
4：服务器； 5：测量部
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明技术方案中所涉及的各个细节问题。应指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
本发明的基于测距技术的行李尺寸在线测量系统，除电源外，主要由信号采集平台1、A/D转换器2、图像处理模块3、服务器4和测量部5组成。其中，信号采集平台1又包括工作台11和工作台入口16。
所述测量部5包括：测距传感器阵列12、行李检测仪14及行李传送装置15，测距传感器阵列12位于行李13的上方，用来测量行李13表面不同部位距测距传感器阵列12的一维模拟距离信号；行李传送装置15的上面放置行李，用于运送行李13；行李检测仪14位于行李附近，用于检测是否有行李13出现。
工作台11，主要用来安装和固定行李检测仪14及测距传感器阵列12。工作台11呈倒立的凹槽形，具有一定的长度、宽度、高度和厚度，安装于行李传送装置15的上方。工作台11始终处于静止状态。
行李传送装置15，采用通常的传送带结构，用于运送行李13，在水平方向上作匀速运动。
行李检测仪14，本实施方式中采用对射式光电开关，用于检测行李传送装置15上是否有行李13出现，当行李检测仪14检测到有行李13时，触发测距传感器阵列12开始采集信号。它安装在工作台11的内侧面下方，靠近工作台入口处16。对射式光电开光，作为本实施方案中行李检测仪的实现方式，它主要由在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器组成，发射器和接收器分别安装在工作台11对立的内侧面上，当发射器和接收器之11没有行李13经过时，发射器发出的光线直接进入接收器，当有行李13经过发射器和接收器之间且阻断光线时，该光电开关将产生开关控制信号。
测距传感器阵列12，用来测量行李13距测距传感器阵列12的距离，当有行李13经过时，测距传感器阵列12被触发，处于工作状态，随着行李13的匀速前进，测距传感器阵列12不断采集行李14表面距测距传感器阵列12的距离信号。测距传感器阵列12可采用ODSL96-2300型号的激光测距传感器，该型号激光测距传感器的测距范围为150-2300mm，分辨率为1-3mm，封装尺寸为90×70×30mm。如果行李经过测距传感器阵列12下方的最大宽度为100cm，为了能充分覆盖行李13可能出现的范围，可将40个激光测距传感器紧密排列成一行，组成激光测距传感器阵列12，安装在工作台11的内顶面，与行李传送装置15的前进方向垂直。在行李检测仪14的触发下，各激光测距传感器均同时垂直向下发射光束。由于各激光测距传感器结构相同、且排列成一行，因此激光测距传感器阵列12同步发射的光束形成一个垂直平面，与行李传送装置15的前进方向垂直相交。通过检测各测距传感器垂直向下同步发射光束的反射，测量行李13表面上与测距传感器发射光束相交的各点距各测距传感器的距离。该距离是模拟信号，以下称之为模拟距离信号。在同一时刻，同步工作的激光测距传感器阵列12的所有激光测距传感器所测得的模拟距离信号构成行李与测距传感器阵列12的一维模拟距离信号。
A/D转换器2，本实施方案可采用5个8通道ADS5281系列模数转换器，用于将测距传感器阵列12输出的一维模拟距离信号转为一维数字距离信号，连接测距传感器的输出端和图像处理模块3的输入端。
图像处理模块3，用于一维数字距离信号的存储，以及数据计算与处理。图像处理模块3包括支撑数据存储和运算的硬件单元，以及专门用于行李尺寸计算的算法模块。
服务器4，是一般的计算机系统，用于行李尺寸信息的存储与查询。
本发明的基于测距技术的行李尺寸在线测量系统及其方法，首先进行信号的采集，具体实现如下：
(1)行李传送装置15在水平方向上作匀速运动，若行李13位于行李传送装置15上，行李13相对于行李传送装置15处于静止状态；
(2)当行李13穿过工作台11时，行李检测仪14检测到行李13，触发测距传感器阵列12测量行李13表面距测距传感器阵列12的一维模拟距离信号，当没有行李13穿过工作台11时，则返回步骤(1)；
(3)一维模拟距离信号经A/D转换器2变换成一维数字距离信号，并发送给图像处理模块3进行存储；
(4)随着行李13在水平方向的匀速运动，测距传感器阵列12不断地获取行李13表面不同部位距测距传感器阵列12的一维模拟距离信号，并经A/D转换器2，将转换后的一维数字距离信号发送给图像处理模块3进行存储。
待行李13的一维数字距离信号采集完毕后，将由图像处理模块3进行分析计算：
(1)将所存储的关于同一行李的距离数据，根据获取的先后顺序，生成关于行李的二维面阵距离图像；
(2)利用图像处理模块3，从二维面阵距离图像中分割出行李区域；
(3)图像处理模块3对二维面阵距离图像中的行李区域，进行分析处理，统计行李区域图像的像素值特性，获得行李13的高度。
(4)图像处理模块3对二维面阵距离图像中的行李区域，进行边缘提取与轮廓分析，获得行李13的长、宽信息。
(5)将行李13的长、宽、高信息，送给服务器4进行存储，以方便行李管理人员和旅客查询。
以下结合附图再作详细说明。
如图1所示，本系统主要由信号采集平台1、A/D转换器2、图像处理模块3、服务器4和测量部5组成(图中电源省略)。
A/D转换器2的主要功能是将测距传感器阵列测得的一维模拟距离信号转为一维数字距离信号。
图像处理模块3主要负责数据的存储、图像的生成与处理、行李尺寸的计算。图像处理模块3存储一维数字距离信号，并根据一维数字距离信号获取的时间先后，结合测距传感器阵列12距行李传送装置15的距离，将多个一维数字距离信号组成二维数字距离图像I。然后，图像处理模块3从二维数字距离图像I中分割出行李区域R，如图5所示。再根据分割出的行李区域R，分析统计区域的像素值特性，获得行李13的高度信息；提取行李13的轮廓，获得行李13的长、宽信息。
服务器4是一般的计算机系统，服务器4中包括一个存储行李尺寸信息的数据库。服务器4上还安装有上网设置，并与Internet网络连接，机场行李管理人员或旅客可通过Internet访问服务器4。
如图2和图3所示，信号采集平台1主要包括工作台11、测距传感器阵列12、行李检测仪14、行李传送装置15。工作台11用于安装和固定测距传感器阵列12和行李检测仪14，工作台11呈倒立的凹槽形，具有一定的长度、宽度、高度和厚度，安装在行李传送装置15的上方。行李检测仪14，用于检测是否有行李13出现，安装在工作台11的内侧面下方，靠近工作台入口处16。测距传感器阵列12，用来测量行李13表面距测距传感器阵列12的距离，安装在工作台11的内顶面，与行李传送装置15的前进方向垂直。测距传感器阵列12由多个测距传感器并列而成，被行李检测仪14触发后将同步工作。这些测距传感器垂直向下发射光束，通过检测发射光束的反射，测量行李13表面与测距传感器发射光束相交的各点距测距传感器的距离，从而获得行李13表面距测距传感器阵列12的一维模拟距离信号。
如图4所示，本发明系统的工作流程如下所述。
行李传送装置15在水平方向作匀速运动，行李13位于行李传送装置15上，相对于行李传送装置15静止，行李13随着行李传送装置15一起相对于地面作匀速运动。当行李13经过工作台11时，行李检测仪14检测到行李13并输出开关控制信号，触发测距传感器阵列12开始工作。测距传感器阵列12测量行李13表面距测距传感器阵列12的一维模拟距离信号。
获得的一维模拟距离信号，经A/D转换器2转换为一维数字距离信号，并送往图像处理模块3进行保存。随着行李13在行李传送装置15上的水平方向匀速运动，测距传感器阵列12不断地获取行李13表面不同部位距测距传感器阵列12的一维模拟距离信号，并通过A/D转换器2处理后不断地输入到图像处理模块3中。
当行李13的一维模拟距离信号采集工作完成后，图像处理模块3将获取的行李13表面不同部位的一维数字距离信号，根据获取时间的先后组成二维面阵距离图像I。
下面结合图5对二维面阵距离图像I进行详细说明。测距传感器阵列12测量行李13表面距离传感器阵列的距离，每测量一次获得一个一维模拟距离信号，经A/D转换器2转换后，得到一维数字距离信号。该一维数字距离信号存储在图像处理模块3中。随着行李13的匀速前进，测距传感器阵列12可先后测得行李13表面不同部位的多个一维模拟距离信号，这些一维模拟距离信号先后经A/D转换器2转换成一维数字距离信号后，也都存入图像处理模块3中。由于此时的一维数字距离信号反映的是行李13表面距测距传感器阵列12的距离，为了获得行李13表面距行李传送装置15的距离，可以根据事先测得的测距传感器阵列12距行李传送装置15的距离，对A/D转换器2转换后的行李13表面距测距传感器阵列12的一维数字距离信号进行变换，得到反映行李13表面距行李传送装置15的转换后的一维数字距离信号S。这些转换后的一维数字距离信号S，根据其对应的一维模拟距离信号获取时间的先后，组成二维面阵距离图像I。在二维面阵距离图像I上，每一小方格为一像素点，其横向位置对应于测距传感器阵列12的一个测距传感器，其纵向位置对应于测距传感器阵列12的采集信号时刻，像素点的像素值表示行李13表面上的该对应点与行李传送装置15的距离。行李13表面高度越大的部位，距行李传送装置15的距离越远，转换后的一维数字距离信号越强，相应地，在二维面阵距离图像I中的像素点的像素值也越大。如图5所示，各像素点的颜色越浅表示像素值越大，颜色越深表示像素值越小，因此在该二维面阵距离图像I中，行李区域R的像素值明显比图像其它区域(行李传送装置15区域)的像素值要大。该二维面阵距离图像I的各像素点的像素值，是行李13表面距离行李传送装置15距离的反映，即，像素值包含了行李13的高度信息。
然后，图像处理模块3对二维面阵距离图像I，进行行李区域分割操作，获取行李13在二维面阵距离图像I中的有效行李区域R。
接下来，分别利用二维面阵距离图像的各像素点的像素值大小和空间分布等不同信息，分别计算行李13的高度和长宽信息。针对行李13的高度，对二维面阵距离图像中的行李区域R的像素值进行统计分析，获取行李13的高度。针对行李13的长度和宽度，对二维面阵距离图像中的行李区域R，提取行李13的边缘，进而获得行李13的轮廓，并根据轮廓获取行李13的长度和高度信息。
图像处理模块3计算得到的行李13长、宽、高等信息，送到服务器4进行保存，以便行李管理人员和旅客的查询。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种基于测距技术的行李尺寸在线测量系统，其特征在于，该系统包括：工作台、测量部、A/D转换器、图像处理模块和服务器，其中：
工作台内安装测量部，测量部在线、非接触测量行李表面不同部位距测量部的距离，获得行李不同部位的一维模拟距离信号；
A/D转换器与测量部的一输入端连接，A/D转换器接收并将行李不同部位的一维模拟距离信号转为行李不同部位的一维数字距离信号；
图像处理模块与A/D转换器连接，图像处理模块存储行李不同部位的一维数字距离信号，并根据获取时间的先后组成行李的二维面阵距离图像，并对二维面阵距离图像进行分析和计算处理，得到行李的长、宽、高尺寸信息；
服务器与图像处理模块连接，服务器接收并存储行李的长、宽、高信息，为行李管理人员和旅客提供行李信息的查询服务，实现行李尺寸自动化处理。
2.如权利要求1所述的基于测距技术的行李尺寸在线测量系统，其特征在于，所述测量部包括：位于工作台内的测距传感器阵列、行李检测仪及行李传送装置，测距传感器阵列嵌在工作台的内顶面上，与行李传送装置的前进方向垂直，用来测量行李表面不同部位距测距传感器阵列的一维模拟距离信号；行李传送装置的上面放置行李，用于运送行李；行李检测仪安装在工作台的内侧面，靠近工作台入口处，用于检测是否有行李出现。
3.如权利要求2所述的基于测距技术的行李尺寸在线测量系统，其特征在于，所述图像处理模块从二维面阵距离图像中分割出行李区域；并针对分割出来的行李区域，图像处理模块对各像素点的像素值进行处理和统计分析，获得该行李的高度；针对分割出来的行李区域，图像处理模块提取该行李的轮廓，获得该行李的长、宽信息。
4.如权利要求2所述的基于测距技术的行李尺寸在线测量系统，其特征在于，所述测距传感器阵列，其工作状态由系统自动触发，即在行李检测仪检测到有行李时，触发测距传感器阵列开始工作；测距传感器阵列是随着行李的匀速前进，不断获取行李表面距测距传感器阵列的一维模拟距离信号。
5.如权利要求1所述的基于外测距技术的行李尺寸在线测量系统，其特征在于，所述服务器上安装有上网装置，并与Internet网络连接。
6.一种利用权利要求所述基于测距技术的行李尺寸在线测量系统的测量方法，其特征在于，实现步骤如下：
步骤S1：行李传送装置在水平方向上作匀速运动，若行李传送装置上有行李时，行李相对于行李传送装置处于静止状态；
步骤S2：当行李穿过工作台时，行李检测仪检测到行李，触发测距传感器阵列开始测量行李表面距测距传感器阵列的一维模拟距离信号，当没有行李穿过工作台时，则返回步骤S1；
步骤S3：一维模拟距离信号经A/D转换器变换成一维数字距离信号，并发送给图像处理模块；
步骤S4：随着行李在水平方向的匀速运动，测距传感器阵列不断地获取行李表面不同部位距测距传感器阵列的一维模拟距离信号，并经A/D转换器，将转换后的一维数字距离信号发送给图像处理模块进行存储；
步骤S5：图像处理模块将所存储的行李不同部位的一维数字距离信号，根据获取时间的先后组成行李的二维面阵距离图像。
步骤S6：图像处理模块从二维面阵距离图像中分割出行李区域；
步骤S7：针对分割出来的行李区域，图像处理模块对各像素点的像素值进行处理和统计分析，获得该行李的高度；
步骤S8：针对分割出来的行李区域，图像处理模块提取该行李的轮廓，获得该行李的长、宽信息；
步骤S9：将行李的长、宽、高信息，送给服务器进行存储，以方便行李管理人员和旅客查询。
7.如权利要求6所述的基于测距技术的行李尺寸在线测量方法，其特征在于，所述测距传感器阵列的工作状态由系统自动触发，即在行李检测仪检测到有行李时，触发测距传感器阵列开始工作。
8.如权利要求6所述的基于测距技术的行李尺寸在线测量方法，其特征在于，所述测距传感器阵列是随着行李的匀速前进，不断获取行李表面距测距传感器阵列的一维模拟距离信号。
9.如权利要求6所述的基于测距技术的行李尺寸在线测量方法，其特征在于，所述图像处理模块从二维面阵距离图像中分割出行李区域；并针对分割出来的行李区域，图像处理模块对各像素点的像素值进行处理和统计分析，获得该行李的高度；针对分割出来的行李区域，图像处理模块提取该行李的轮廓，获得该行李的长、宽信息。
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