CN101853098A - 影像投射系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种影像投射系统及其方法。指针装置于投射区域内指示一指针位置。影像感测装置感测该投射区域之影像，并形成一影像感测信号。坐标辨识单元辨识该投射区域的该指针位置，并且计算该指针位置的一坐标，以转换该影像感测信号成为一坐标信号。处理单元形成相对应于该坐标信号的一影像图案数据。投射模块投射该影像图案数据至该投射区域上，使指针位置所代表的该影像图案数据实时地显示于该投射区域上。

Description

影像投射系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种影像系统及其方法，特别是一种影像投射系统及其方法，以实时地投射使用者的书写内容于一投射区域，例如包括文字或是图案。

背景技术

参阅图1，其绘示依据习知技术的数字记事本100之方块图。该数字记事本100包括电阻式触控面板102、扫描单元104、中央处理器106以及储存单元108，该电阻式触控面板102系为A4尺寸大小。当使用者操作该数字记事本100，系透过一支笔碰触该电阻式触控面板102，并且在该电阻式触控面板102书写文字或是图案，藉由在书写区域因为笔与触控面板102之间的电阻变化，该扫描单元104扫描该书写区域之电阻变化，产生相对应的感应信号。然后该中央处理器106处理该感应信号形成对应于该书写文字或是图案的数字数据，并且储存于储存单元108。接着使用者可选择将该数字记事本100连接于个人计算机(未图示)，并且利用一安装于该个人计算机的应用程序110来编辑该储存单元108内部的数字数据，以修改原始在该触控面板102上书写的文字或是图案。应注意的是，当该电阻式触控面板102以电容式触控面板取代时，其操作方式以及原理如同上述电阻式触控面板102。

由于该电阻式触控面板102仅为固定大小的A4尺寸，故可供使用者书写的区域受到的限制，即使欲加大触控面板102的面积，但因为电阻式或电容式触控面板的成本较高且不易，而无增加触控面板102的面积。此外，为避免尖锐的笔端戳破触控面板，使用者只能透过特定的笔来书写，故可用的书写工具受到较大的限制。而且当使用该数字记事本100时，由于使用者在该数字记事本100面前近距离书写，若欲实时与周遭其它人员就书写内容进行讨论时，该电阻式触控面板102面积太小，以致于使用者与周遭其它人员无法方便地依据该书写内容来讨论。有鉴于此，确有必要对习知的数字记事本100的显示方式进行改善。

发明内容

本发明之一目的在于提供一种影像投射系统及其方法，以实时地投射影像至较大范围且较远距离的投射区域，以解决触控面板面积太小以及使用者只能在影像投射系统的面前近距离书写之问题。

本发明另一目的在于提供一种影像投射系统及其方法，以实时地投射影像至较大范围且较远距离的投射区域，让多个使用者在投射区域书写的内容同步投射在该投射区域，并且不限制书写工具的型式。

为达成上述目的，本发明提供一种影像投射系统及其方法。该影像投射系统主要包括指针装置、第一影像感测装置、坐标辨识单元、处理单元、投射模块以及储存单元。该影像投射系统用于一投射区域，该投射区域具有若干个坐标值。

指针装置用以于该投射区域内指示出至少一指针位置。影像感测装置具有若干个感测像素，用以感测该投射区域之一影像以撷取该影像，并形成一影像感测信号。坐标辨识单元用以接收该影像感测信号，以辨识该投射区域的该指针位置，并且计算该指针位置的一坐标，以转换该影像感测信号成为一坐标信号，其中该指针位置的该坐标相对应于该投射区域的该些坐标值之一。处理单元用以接收该坐标信号，并且形成相对应于该坐标信号的一影像图案数据。投射模块用以投射该影像图案数据至该投射区域上，使该指针装置的该指针位置所代表的该影像图案数据实时地显示于该投射区域上。

该指针装置设有一信号发射器，用以发射该指针装置的该指针位置至该投射区域。该信号发射器系为红外线发射器。该信号发射器还包一启动开关，当该指针装置接触在该投射区域之一投射表面时，以启动该指针装置。该指针装置与该投射区域具有一投射距离，并且该信号发射器以非接触方式发射该指针装置的该指针位置至该投射区域。该影像图案数据系包含该指针装置的若干个指针位置之记录数据，以显示该指针装置的一移动轨迹。

本发明利用影像投射系统执行影像投射方法主要包括下列步骤：

(a)影像投射系统执行校正步骤，以设定投射区域的范围，其中该投射区域具有若干坐标值。

(b)利用该指针装置于该投射区域内指示出至少一指针位置。

(c)利用该第一影像感测装置感测该投射区域之一影像，以撷取该影像，并形成一影像感测信号。在步骤(c)中，还包括：当该指针装置接触在该投射区域之一投射表面时，启动该指针装置。在步骤(c)中，还包括：该指针装置以非接触方式指示该指针位置至该投射区域，其中该指针装置与该投射区域具有一投射距离。在步骤(c)中，还包括：利用第二影像感测装置判断该指针装置是否接触于该投射区域上，当该指针装置接触于该投射区域时，该第二影像感测装置感测该指针装置与该投射区域的一接触状态。

(d)利用该坐标辨识单元辨识该投射区域的指针位置。

(e)利用该坐标辨识单元计算该指针位置的一坐标，以转换该影像感测信号成为一坐标信号，其中该指针位置的该坐标相对应于该投射区域的坐标值之一。

(f)该处理单元接收该坐标信号以形成相对应于该坐标信号的影像图案数据。

(g)利用储存单元储存该影像图案数据。

(h)利用该投射模块投射该影像图案数据至该投射区域上，使该指针装置的指针位置所代表的影像图案数据实时地显示于该投射区域上。其中该影像图案数据系包含该指针装置的若干个指针位置之记录数据，以显示该指针装置的一移动轨迹。

以下结合附图与实施例对本发明做进一步的说明。

附图说明

图1是根据现有技术中数字记事本之方块图。

图2A是根据本发明第一实施例的影像投射系统之方块图。

图2B是根据本发明第二实施例的影像投射系统之方块图。

图3是根据本发明第三实施例的影像投射系统之方块图。

图4是根据本发明实施例中执行影像投射方法之流程图。

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，现就结合附图说明如下。以下实施例的说明是参考附加的图示，用于例示本发明可用于实施的特定实施例。

参阅图2A，其绘示根据本发明第一实施例的影像投射系统200之方块图。该影像投射系统200主要包括指针装置202、第一影像感测装置204、坐标辨识单元206、处理单元208、投射模块210以及储存单元212。该影像投射系统200用于一投射区域218，该投射区域218具有若干个坐标值，该影像感测装置204耦接于该坐标辨识单元206以及该处理单元208，该坐标辨识单元206耦接于该处理单元208，该投射模块210以及该储存单元212分别耦接于该处理单元208。该处理单元208还包括软件操作系统214以及应用程序216，该储存单元212分别耦接于该软件操作系统214以及应用程序216，该软件操作系统214耦接于该坐标辨识单元206。

指针装置202系位于一投射区域218的范围，用以于该投射区域内指示出至少一指针位置203。第一影像感测装置204具有若干个感测像素，用以感测该投射区域218之一影像以撷取该影像，并形成一影像感测信号。在一实施例中，该投射区域218设置于一表面区域(例如是墙壁或是地面上)220。坐标辨识单元206用以接收该影像感测信号，以辨识该投射区域218的该指针位置203，并且计算该指针位置203的一坐标，以转换该影像感测信号成为一坐标信号(x，y)，其中该指针位置203的该坐标相对应于该投射区域218的坐标值之一。在一实施例中，该坐标辨识单元206还包括一模拟-数字信号转换单元，用以将该感测信号转换成一数字信号。

处理单元208用以接收该坐标信号，并且形成相对应于该坐标信号的一影像图案数据。投射模块210用以投射该影像图案数据至该投射区域218上，使该指针装置202的该指针位置203所代表的该影像图案数据实时地显示于该投射区域218上，其中该指针位置203例如是指针装置接触点或信号发射器的投射点。在一实施例中，该投射模块210还包括一数字-模拟信号转换单元，用以将该影像图案数据转换成一模拟信号。若干个不同的坐标信号(x，y)形成该指针装置202的移动轨迹222，该移动轨迹222例如是面积型式。换言之，该影像图案数据系包含该指针装置202的若干个指针位置之记录数据，以显示该指针装置202的移动轨迹。该储存单元212用以储存该影像图案数据，该储存单元212例如任何型式的记忆卡(memory card)，系插接于该处理单元208。

在该处理单元208中，该软件操作系统214用以作为处理该坐标信号的平台。应用程序216系安装于该软件操作系统214中，以依据该坐标信号形成该影像图案数据，并且将该影像图案数据储存于该储存单元212。该应用程序216例如是一个或是多个绘图程序。当该影像投射系统200执行一校正步骤时，该处理单元208控制该第一影像感测装置204扫描该投射区域218的一水平方向以及一垂直方向，以设定该投射区域218的范围，亦即利用水平方向以及垂直方向的尺寸来定义该投射区域218。

在一实施例中，该指针装置202设有一信号发射器202a，用以发射该指针装置202的该指针位置203至该投射区域218。该信号发射器202a例如是红外线发射器，且该第一影像感测装置204接收红外线信号。该信号发射器202a还包一启动开关，当该指针装置202接触在该投射区域218之一投射表面时，以启动该指针装置202，藉以发射该位置信号(例如红外线)于该投射表面的接触点上。该指针装置202为一长条形，其至少一侧为尖端之形状，只要符合长条形状且其一侧具有信号发射器202a的物体均可做为指针装置202。换言之，指针装置202只要长条状且具有信号发射器202a物体皆能以一端侧直接接触在投影区域218上移动，做为该影像投射系统200的书写工具。该第一影像感测装置204例如是电荷耦合组件(charge coupled device，CCD)之影像感测装置、互补金属氧化半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)之影像感测装置或是接触式影像感测装置(contact image sensor，CIS)。该第一影像感测装置204的每一像素系分别相对应于该投射区域218的每一坐标值，以实时、正确地感测该指针装置202移动过中的每一位置。

在一实施例中，第一影像感测装置204与坐标辨识单元206整合形成一影像撷取装置，并将该影像撷取装置嵌入于该投射模块210，以缩小该影像投射系统200的体积。此外，该处理单元208例如是系统单芯片(system-on-chip，SOC)或是专用型集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)，并且利用该处理单元208的软件操作系统214执行应用程序216，以取代习知的个人计算机，该个人计算机必须开机状态才能执行影像投射系统200，大幅缩减该影像投射系统200的体积，以便于使用者携带该影像投射系统200，并且减少必须配置个人计算机的成本。

应注意的是，本发明之该影像投射系统200透过选用不同分辨率的投射模块210来形成该投射区域218的范围，并且配合第一影像感测装置204的像素分辨率来接取该投射区域218范围内该指针装置202的移动轨迹222，有效加大使用者可书写的范围。此外，当影像投射系统200的电源关闭之后，书写的内容储存于该储存单元212，但不会在投射区域218留下痕迹，可保持投射区域所在的表面区域220的清洁。

参阅图2B，其绘示根据本发明第二实施例的影像投射系统200之方块图。图2B之影像投射系统200b类似于图2A之影像投射系统200a，其差别在于该指针装置202与该投射区域218具有一投射距离，并且该信号发射器202a以非接触方式发射该指针装置202的指针位置至该投射区域218，亦即该指针装置202以远距投射代表该指针位置的位置信号(例如红外线)于投射区域218内，以解决因为使用者挡到投射区域218的问题。应注意的是，其余组件的运作方式与图2A相同，请参阅图2A，在此不予赘述。

参阅图3，其绘示根据本发明第三实施例的影像投射系统300之方块图。该影像投射系统300类似于图2之影像投射系统200。该影像投射系统300主要包括指针装置202、第一影像感测装置204、第二影像感测装置302、坐标辨识单元206、处理单元208、投射模块210以及储存单元212。该坐标辨识单元206耦接于该第一影像感测装置204，该第一影像感测装置204以及该第二影像感测装置302分别耦接于该处理单元208，该投射模块210以及该储存单元212分别耦接于该处理单元208。该处理单元208还包括软件操作系统214以及应用程序216。在第三实施例之影像投射系统300可以省略信号发射器。

指针装置202系位于一投射区域218的范围，用以于该投射区域218内指示出至少一指针位置203，其中该投射区域218具有若干个坐标值，应注意的是，该投射区域218的显示图面系以侧面表示之。第一影像感测装置204具有若干个感测像素，用以感测该投射区域218之一影像以撷取该影像，并形成一影像感测信号。该指针装置202只要符合长条形状的物体均可做为指针装置202，使用者之手指亦可作为指针装置202。

第二影像感测装置302用以判断该指针装置202是否接触于该投射区域218上，当该指针装置202接触于该投射区域218，该第二影像感测装置302感测该指针装置202与该投射区域218的一接触状态。该第二影像感测装置302例如是电荷耦合组件(CCD)之影像感测装置、互补金属氧化半导体(CMOS)之影像感测装置或是接触式影像感测装置(CIS)。在一实施例中，其中该第二影像感测装置302感测该指针装置202与该投射区域218之间的该接触状态系为一接触时间、一接触面积。亦即该第二影像感测装置302还可用于感测该指针装置202按压在投射区域218的深浅程度(面积)或是时间，藉由投射模块210投射出来的光线被该指针装置202遮蔽与否或是时间长短来判断在投射区域218的移动轨迹222，以形成有笔触的图案或是文字。第二影像感测装置302系由投射区域218的侧边执行感测步骤，此种设置方式可解决因为使用者挡到投射区域218的问题。第二影像感测装置302例如是贴附于投射区域218上，该第二影像感测装置302亦可为有线或是无线传输方式，以将感测信号传回处理单元208。此外，第二实施例之第二影像感测装置302的功能类似于第一实施例的信号发射器202，用以定义该指针装置已接触于该投射区域218且在该投射区域218上移动来进行文字或是图案之书写。

坐标辨识单元206用以接收该影像感测信号，以辨识该投射区域的该指针位置203，并且计算该指针位置203的一坐标，以转换该影像感测信号成为一坐标信号(x，y)，其中该指针位置203的该坐标相对应于该投射区域218的坐标值之一。

处理单元208用以接收该坐标信号，并且形成相对应于该坐标信号的一影像图案数据。投射模块210用以投射该影像图案数据至该投射区域218上，使该指针装置202的指针位置203所代表的该影像图案数据实时地显示于该投射区域218上。该储存单元212用以储存该影像图案数据。

根据上述，本发明之影像投射系统(200a、200b、300)利用前端的影像撷取装置(亦即第一影像感测装置204与该坐标辨识单元206)取得指针装置202的坐标值，然后整合后端的处理单元208转换该坐标值形成影像图案数据，最后透过投射模块210投射至该指针装置202的目前位置，实时地形成图案与文字，有效克服投射区域的尺寸、距离以及书写工具之限制。

参考图2A-2B、图3以及图4，图4绘示根据本发明实施例中执行影像投射方法之流程图。该影像投射方法适用于影像投射系统(200、300)，该影像投射系统(200a、200b、300)包括指针装置202、第一影像感测装置204、第二影像感测装置302、坐标辨识单元206、处理单元208以及投射模块210，该第一影像感测装置204具有若干个感测像素，该影像投射方法包括下列步骤：

在步骤S400中，影像投射系统(200a、200b、300)执行校正步骤，以设定投射区域218的范围，其中该投射区域218具有若干坐标值。在步骤S400中，该处理单元208控制该第一影像感测装置204扫描该投射区域218的水平方向以及垂直方向，以设定该投射区域218的范围。在一实施例中，该第一影像感测装置204的每一像素系分别相对应于该投射区域218的每一坐标值。

在步骤S402中，利用该指针装置202于该投射区域218内指示出至少一指针位置203。

在步骤S404中，利用该第一影像感测装置204感测该投射区域218之一影像，以撷取该影像，并形成一影像感测信号。在步骤S404中，还包括：还包括：当该指针装置202接触在该投射区域218之一投射表面时，启动该指针装置202。在步骤S404中，还包括：该指针装置202以非接触方式指示该指针位置至该投射区域218，其中该指针装置202与该投射区域218具有一投射距离。在步骤S404中，还包括：利用第二影像感测装置302判断该指针装置202是否接触于该投射区域218上，当该指针装置202接触于该投射区域218时，该第二影像感测装置302感测该指针装置202与该投射区域218的一接触状态。

在步骤S406中，利用该坐标辨识单元206辨识该投射区域218的指针位置203。

在步骤S408中，利用该坐标辨识单元206计算该指针位置203的一坐标，以转换该影像感测信号成为一坐标信号，其中该指针位置203的该坐标相对应于该投射区域218的坐标值之一。

在步骤S410中，该处理单元208接收该坐标信号以形成相对应于该坐标信号的影像图案数据。

在步骤S412中，利用储存单元212储存该影像图案数据。

在步骤S414中，利用该投射模块210投射该影像图案数据至该投射区域218上，使该指针装置202的指针位置所代表的影像图案数据实时地显示于该投射区域218上。其中该影像图案数据系包含该指针装置的若干个指针位置之记录数据，以显示该指针装置的一移动轨迹。

综上所述，本发明之影像投射系统及其方法实时地投射影像至较大范围且较远距离的投射区域，以解决触控面板面积太小以及使用者只能在影像投射系统的面前近距离书写之问题。同时让多个使用者在投射区域书写的内容同步投射在该投射区域，并且不限制书写工具的型式。

虽然已结合附图对本发明的技术思想叙述如上，但这是对本发明的较佳实施例进行的说明，并非用以限定本发明。只要是具备常规知识的技术人员，谁都有可能在不脱离本发明之技术思想的范围内，都可以做出各种变动与模仿。

Claims (21)

1.一种影像投射系统，用于一投射区域，所述投射区域具有若干个坐标值，其特征在于：所述影像投射系统包括：

一指针装置，用以于所述投射区域内指示出至少一指针位置；

一影像感测装置，具有若干个感测像素，用以感测所述投射区域之一影像以撷取所述影像，并形成一影像感测信号；

一坐标辨识单元，耦接于所述影像感测装置，用以接收所述影像感测信号，以辨识所述投射区域的所述指针位置，并且计算所述指针位置的一坐标，以转换所述影像感测信号成为一坐标信号，其中所述指针位置的所述坐标相对应于所述投射区域的所述坐标值之一；

一处理单元，耦接于所述坐标辨识单元，用以接收所述坐标信号，并且形成相对应于所述坐标信号的一影像图案数据；以及

一投射模块，耦接于所述处理单元，用以投射所述影像图案数据至所述投射区域上，使所述指针装置的所述指针位置所代表的所述影像图案数据显示于所述投射区域上。

2.如权利要求1所述之影像投射系统，其特征在于：所述指针装置设有一信号发射器，用以发射一信号至所述投射区域以指示出所述指针装置的所述指针位置。

3.如权利要求2所述之影像投射系统，其特征在于：所述信号发射器还包一启动开关，当所述指针装置接触在所述投射区域之一投射表面时，以启动所述指针装置。

4.如权利要求2所述之影像投射系统，其特征在于：所述指针装置与所述投射区域具有一投射距离，并且所述信号发射器以非接触方式发射一信号至所述投射区域以指示出所述指针装置的所述指针位置。

5.如权利要求1所述之影像投射系统，其特征在于：所述影像感测装置是选自电荷耦合组件(CCD)之影像感测装置、互补金属氧化半导体(CMOS)之影像感测装置以及接触式影像感测装置(CIS)所组成的族群之一。

6.如权利要求1所述之影像投射系统，还包括一储存单元，耦接于所述处理单元，用以储存所述影像图案数据。

7.如权利要求1所述之影像投射系统，其特征在于：所述影像图案数据包含所述指针装置的若干个指针位置之记录数据，以显示所述指针装置的一移动轨迹。

8.如权利要求1所述之影像投射系统，其特征在于：所述坐标辨识单元还包括一模拟-数字信号转换单元，用以将所述感测信号转换成一数字信号。

9.如权利要求1所述之影像投射系统，其特征在于：所述投射模块还包括一数字-模拟信号转换单元，用以将所述影像图案数据转换成一模拟信号。

10.如权利要求1所述之影像投射系统，其特征在于：所述处理单元还包括：

一软件操作系统，用以作为处理所述坐标信号的平台；以及

一应用程序，安装于所述软件操作系统中，以依据所述坐标信号形成所述影像图案数据，并且将所述影像图案数据储存于所述储存单元。

11.一种影像投射系统，用于一投射区域，所述投射区域具有若干个坐标值，所述影像投射系统包括：

一指针装置，用以于所述投射区域内指示出至少一指针位置；

一第一影像感测装置，具有若干个感测像素，用以感测所述投射区域之一影像以撷取所述影像，并形成一影像感测信号；

一第二影像感测装置，用以判断所述指针装置是否接触于所述投射区域上，当所述指针装置接触于所述投射区域，所述第二影像感测装置感测所述指针装置与所述投射区域的一接触状态；

一坐标辨识单元，耦接于所述第一影像感测装置，用以接收所述影像感测信号，以辨识所述投射区域的所述指针位置，并且计算所述指针位置的一坐标，以转换所述影像感测信号成为一坐标信号，其中所述指针位置的所述坐标相对应于所述投射区域的所述坐标值之一；

一处理单元，耦接于所述坐标辨识单元，用以接收所述坐标信号，并且形成相对应于所述坐标信号的一影像图案数据；以及

一投射模块，耦接于所述处理单元，用以投射所述影像图案数据至所述投射区域上，使所述指针装置的所述指针位置所代表的所述影像图案数据实时地显示于所述投射区域上。

12.如权利要求11所述之影像投射系统，其特征在于：所述影像感测装置是选自一电荷耦合组件(CCD)之影像感测装置、一互补金属氧化半导体(CMOS)之影像感测装置以及一接触式影像感测装置(CIS)所组成的族群之一。

13.如权利要求11所述之影像投射系统，还包括一储存单元，耦接于所述处理单元，用以储存所述影像图案数据。

14.如权利要求11所述之影像投射系统，其特征在于：所述影像图案数据包含所述指针装置的若干个指针位置之记录数据，以显示所述指针装置的一移动轨迹。

15.如权利要求11所述之影像投射系统，其特征在于：所述处理单元还包括：

一软件操作系统，用以作为处理所述坐标信号的平台；以及

一应用程序，安装于所述软件操作系统中，以依据所述坐标信号形成所述影像图案数据，并且将所述影像图案数据储存于所述储存单元。

16.如权利要求11所述之影像投射系统，其特征在于：所述第二影像感测装置感测所述指针装置与所述投射区域之间的所述接触状态是选自一接触时间以及一接触面积所组成族群之一。

17.一种影像投射方法，适用于一影像投射系统，所述影像投射系统包括一指针装置、一第一影像感测装置、一坐标辨识单元、一处理单元以及一投射模块，所述影像感测装置具有若干个感测像素，所述影像投射方法包括下列步骤：

(a)执行一校正步骤，以设定所述投射区域的范围，其中所述投射区域具有若干坐标值；

(b)利用所述指针装置于所述投射区域内指示出至少一指针位置；

(c)利用所述影像感测装置感测所述投射区域之一影像，以撷取所述影像，并形成一影像感测信号；

(d)利用所述坐标辨识单元辨识所述投射区域的所述指针位置；

(e)利用所述坐标辨识单元计算所述指针位置的一坐标，以转换所述影像感测信号成为一坐标信号，其中所述指针位置的所述坐标相对应于所述投射区域的所述些坐标值之一；

(f)藉由所述处理单元接收所述坐标信号以形成相对应于所述坐标信号的一影像图案数据；以及

(g)利用所述投射模块投射所述影像图案数据至所述投射区域上，使所述指针装置的所述指针位置所代表的所述影像图案数据实时地显示于所述投射区域上。

18.如权利要求17所述之影像投射方法，其特征在于：所述(a)步骤还包括：所述处理单元控制所述第一影像感测装置扫描所述投射区域的一水平方向以及一垂直方向，以设定所述投射区域的范围。

19.如权利要求17所述之影像投射方法，在所述(c)步骤中还包括：当所述指针装置接触在所述投射区域之一投射表面时，启动所述指针装置。

20.如权利要求17所述之影像投射方法，在所述(c)步骤中还包括：所述指针装置以非接触方式指示所述指针位置至所述投射区域，其中所述指针装置与所述投射区域具有一投射距离。

21.如权利要求17所述之影像投射方法，其特征在于：在所述(c)步骤中还包括：利用一第二影像感测装置判断所述指针装置是否接触于所述投射区域上，当所述指针装置接触于所述投射区域时，所述第二影像感测装置感测所述指针装置与所述投射区域的接触状态。

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