CN102915130A - 移动轨迹校正方法及移动轨迹产生方法 - Google Patents

Abstract

一种移动轨迹校正方法是接收一书写装置于一书写平面上移动时产生的一移动轨迹信号，并包括：透过一姿态运算模块的一侦测校正单元根据移动轨迹信号分别产生一第一轴向信号、一第二轴向信号及一第三轴向信号，书写平面是由第一轴向及第二轴向所形成，且第三轴向与书写平面垂直；透过侦测校正单元根据第三轴向信号校正第一轴向信号，以产生一第一轴向轨迹信号；以及透过侦测校正单元根据第三轴向信号校正第二轴向信号，以产生一第二轴向轨迹信号。借此，使得本发明的移动轨迹校正方法及移动轨迹产生方法可侦测并修正移动轨迹因提笔或换行所产生的误差，以得到正确移动轨迹。

Description

移动轨迹校正方法及移动轨迹产生方法

技术领域

本发明关于一种移动轨迹校正方法及移动轨迹产生方法。

背景技术

近年来，电子电路及组件在微型化技术上的迅速发展，已经大幅地降低了电子装置的体积与重量，并且增加了它们的功能性、可移植性及方便性。由于上述技术的重大变革，使得人机接口（human-computer interaction,HCI）的技术变成了日常生活中不可或缺的一部分。其中，人机接口中的文字书写为一般人日常生活中不可或缺的一种纪录或表达意识的方法。目前市场上已有许多手写输入的人机接口感测技术，其中大致可分为电磁式、电子式、超音波、压力及光学式感测等五种。

在电磁式人机接口感测技术方面，因其需要大量的电力来产生电磁场，以侦测及定位书写装置笔尖的书写位置，所以需要较大的电池来提供电力，造成书写装置的重量较重而有携带不便的缺点。在电子式人机接口感测技术方面，其需要搭配特定的电极纸，利用电极纸上面的传送电极与接收电极来侦测书写装置书写的轨迹。不过，高单价的电极纸是目前消费者接受度低的主因。在超音波人机接口感测技术方面，其透过超音波到达接收端的时间差与三角定位原理来计算书写装置笔尖的书写轨迹坐标，虽然可以精准地捕捉书写装置在任意平面上的移动轨迹，但其需要搭配超音波接收设备，而超音波的接收范围较小，造成使用上的不方便。在压力人机接口感测技术方面，其书写范围被限制在一定面积的压力感测电子板上，因此也造成使用者使用上的不方便。此外，在光学式人机接口感测技术主要是利用光学鼠标中的光学传感器来进行书写装置在书写平面上的轨迹感测。其感测原理与光学鼠标相同，因此不须再开发另外的人机接口软件即可非常容易地将移动轨迹信息转换为操控鼠标鼠标的信号。

然而，不论那一种感测技术的书写装置于书写过程中，可能因提笔或换行而离开书写的二维平面，但此同时，感测组件却仍继续输出感测信号，因此，将产生错误的移动轨迹。

因此，如何提供一种移动轨迹校正方法及移动轨迹产生方法，可侦测并修正移动轨迹因提笔或换行所产生的误差，以得到正确移动轨迹，是一重要课题。

发明内容

本发明的目的为提供一种可侦测并修正书写装置的移动轨迹因提笔或换行所产生的误差，以得到正确移动轨迹的移动轨迹校正方法及移动轨迹产生方法。

本发明可采用以下技术方案来实现的。

本发明提供一种移动轨迹校正方法是接收一书写装置于一书写平面上移动时产生的一移动轨迹信号，并包括：透过一姿态运算模块的一侦测校正单元根据移动轨迹信号分别产生一第一轴向信号、一第二轴向信号及一第三轴向信号，书写平面是由第一轴向及第二轴向所形成，且第三轴向与书写平面垂直；透过侦测校正单元根据第三轴向信号校正第一轴向信号，以产生一第一轴向轨迹信号；以及透过侦测校正单元根据第三轴向信号校正第二轴向信号，以产生一第二轴向轨迹信号。

于本发明的一优选实施例中，移动轨迹信号包括移动轨迹于不同时间的三轴向的一角速度信号、一加速度信号、一磁场强度信号、一地磁方位信号或其组合。

于本发明的一优选实施例中，第一轴向、第二轴向及第三轴向彼此垂直。

于本发明的一优选实施例中，于校正第一轴向信号的步骤中，还包括：当第三轴向信号于一时间内的变化超过一预设信号值时，透过侦测校正单元于时间内使第一轴向信号为零。

于本发明的一优选实施例中，于校正第二轴向信号的步骤中，还包括：当第三轴向信号于一时间内的变化超过一预设信号值时，透过侦测校正单元于时间内使第二轴向信号为零。

本发明提供一种移动轨迹产生方法包括：透过一书写装置的一移动轨迹感测模块感测书写装置于一书写平面上移动时产生的一移动轨迹，并产生一移动轨迹信号；透过一姿态运算模块的一侦测校正单元根据移动轨迹信号产生一第一轴向信号、一第二轴向信号及一第三轴向信号，其中书写平面是由第一轴向及第二轴向所形成，且第三轴向与书写平面垂直；透过侦测校正单元根据第三轴向信号分别校正第一轴向信号及第二轴向信号，以分别产生一第一轴向轨迹信号及一第二轴向轨迹信号；以及透过一显示模块根据第一轴向轨迹信号及第二轴向轨迹信号显示校正后的移动轨迹。

于本发明的一优选实施例中，移动轨迹产生方法还包括：透过姿态运算模块的一姿态转换单元根据角速度信号产生一坐标转换矩阵，并根据坐标转换矩阵将加速度信号进行坐标转换。

于本发明的一优选实施例中，姿态转换单元将角速度信号进行一次积分，以得到一姿态角，进而产生坐标转换矩阵，并透过坐标转换矩阵将加速度信号转换，以将加速度信号由书写装置的一体坐标系转换为一参考坐标系。

于本发明的一优选实施例中，移动轨迹产生方法还包括：透过姿态运算模块的一重力补偿单元将参考坐标系的加速度信号进行重力补偿。

在于本发明的一优选实施例中，移动轨迹产生方法还包括：透过姿态运算模块的一轨迹运算单元分别对第一轴向轨迹信号及第二轴向轨迹信号进行运算。

于本发明的一优选实施例中，画写平面包括一水平面、一垂直面或一倾斜面。

承上所述，本发明的移动轨迹校正方法及移动轨迹产生方法，是透过一姿态运算模块的一侦测校正单元根据移动轨迹信号分别产生一第一轴向信号、一第二轴向信号及一第三轴向信号，其中书写平面是由第一轴向及第二轴向所形成，且第三轴向与书写平面垂直，以及透过侦测校正单元根据第三轴向信号分别校正第一轴向信号及第二轴向信号，以分别产生一第一轴向轨迹信号及一第二轴向轨迹信号，再透过显示模块根据第一轴向轨迹信号及第二轴向轨迹信号显示校正后的移动轨迹。借此，使得本发明的移动轨迹校正方法及移动轨迹产生方法可侦测并修正移动轨迹因提笔或换行所产生的误差，以得到正确移动轨迹。

附图说明

图1A及图1B分别为一书写装置于一书写平面书写时的示意图及其功能方块图；

图1C为本发明优选实施例的一种移动轨迹校正方法的步骤流程图；

图2A为以书写装置书写数字「4」的移动轨迹示意图；

图2B是图2A中，应用本发明的移动轨迹产生方法后，显示模块所显示的移动轨迹示意图；

图3A为移动轨迹信号的三轴向加速度信号的波形示意图；

图3B为图3A的移动轨迹信号经坐标转换后的波形示意图；

图3C为图3B的移动轨迹信号经重力补偿后的波形示意图；

图4A至图4C分别是第一轴向信号、第二轴向信号及第三轴向信号的波形示意；

图5A及图5B分别为本发明的一种移动轨迹产生方法的步骤流程图及其功能方块图；

图6A为以书写装置书写数字「12」的移动轨迹示意图；

图6B是图6A中，应用本发明的移动轨迹产生方法后，显示模块所显示的移动轨迹示意图；

图7A为以书写装置书写数字「86」的移动轨迹示意图；以及

图7B是图7A中，应用本发明的移动轨迹产生方法所显示的移动轨迹示意图。

主要元件符号说明：

1：书写装置

A、B：位置

P：书写平面

P01～P03、S01～S04：步骤

t1、t2：时间

X、Y、Z：轴向

具体实施方式

以下将参照相关附图，说明依本发明优选实施例的一种移动轨迹校正方法及移动轨迹产生方法，其中相同的元件将以相同的元件符号加以说明。

请参照图1A及图1B所示，其分别为一书写装置1于一书写平面P书写时的示意图及其功能方块图。

书写装置1是一种使用惯性感测组件的书写装置，其主要是透过惯性组件来进行书写装置在三维空间中的角度、姿态及位移感测。于此，书写装置1的形态是以一支笔为例，不过，其形态不限定为笔状，也可是其它形式或形态，例如是一只可供人握持的鼠标或其它形态。

如图1B所示，书写装置1可包括一移动轨迹感测模块。另外，书写装置1也可包括一姿态运算模块。不过，在其它的实施例中，另一处理装置（例如具有显示屏幕的计算机）也可包含所述姿态运算模块，并可透过有线或无线方式将移动轨迹感测模块产生的信号传输至姿态运算模块进行运算。

移动轨迹感测模块可感测书写装置1于三维空间中移动时产生的一移动轨迹，并实时产生一移动轨迹信号。其中，移动轨迹感测模块可包括一多轴动态开关（multi-axis dyamic switch）。而移动轨迹可为一数字、一文字、一符号、一线条或一任意书写轨迹。另外，移动轨迹信号可包括移动轨迹于不同时间点的坐标信息、角速度信息、重力信息、加速度信息、磁场强度信息、地磁方位信息或其它信息，或其组合。此外，画写平面P可例如是一水平面、一垂直面或一倾斜面，于此，是以一水平面为例。

移动轨迹感测模块例如可包括一陀螺仪、一加速度计、一磁力计或一电子罗盘，或上述仪器的组合，上述的仪器可为单轴或多轴（例如三轴），而移动轨迹信号可包括移动轨迹于不同时间的三轴向的一角速度信号、一加速度信号、一磁场强度信号、一地磁方位信号或其组合。于此，是以移动轨迹感测模块具有三轴的陀螺仪及加速度计，并量测到三轴向的角速度信号、重力g及加速度信号为例。先一提的是，书写装置1或另一处理装置还可包括一校正滤波单元（图未显示），校正滤波单元可校正移动轨迹感测模块中的惯性组件（例如上述的陀螺仪、加速度计、磁力计或电子罗盘，或其组合）本身产生的信号，并可滤除惯性组件本身产生的噪声或书写时手部动作的影响（例如颤抖）及其它外界环境所造成的影响而导致移动轨迹信号的误差。

在本实施例中，得到移动轨迹信号（本实施例为角速度信号及加速度信号）时需先进行以下的前置处理，才可进行本发明的移动轨迹校正方法的步骤。其中，如图1B所示，三轴向的角速度信号需先透过姿态运算模块的一姿态转换单元经过一次积分后，得到书写装置1书写时的一姿态角。其中，姿态角可包括一滚转角Φ（roll angle）、一俯仰角θ（pitch angle）及一偏航角ψ（yaw angle）。姿态角主要的功能在于获得书写装置1的体坐标系统（body frame）与参考坐标系统（local level frame，即大地坐标系）之间的相对角度或转动关系。

其中，滚转角是书写装置1沿着体坐标系统的一第一轴向转动的角度，其可由量测书写装置1的第一方向的角速度后，经由一次积分而得到。再者，在其它的实施态样中，滚转角也可为书写装置1沿着第一方向转动的角度，其可由量测书写装置1中，加速度计三个方向所量测地球重力分量而得到。另外，俯仰角是书写装置1沿着一第二方向转动的角度，其可由量测书写装置1于第二方向的角速度后，经由一次积分而得到。再者，在其它的实施态样中，俯仰角也可为书写装置1沿着第二方向转动的角度，其可由量测书写装置1中加速度计三方向所量测地球重力分量而得到。此外，偏航角是书写装置1沿着一第三方向转动的角度，其可由量测书写装置1于第三方向的角速度后，经由一次积分而得到。再者，在其它的实施态样中，偏航角也可是书写装置1沿着第三方向转动的角度，其可由量测书写装置1中磁力计所量测的磁场强度或电子罗盘所量测的地磁方位而获得。再者，滚转角、俯仰角及偏航角也可由量测书写装置1的磁场强度或地磁方位、或其组合而获得。于此，并不加以限制。

接着，再透过姿态转换单元根据角速度信号及其姿态角产生一坐标转换矩阵，并透过坐标转换矩阵将移动轨迹感测模块所产生的加速度信号由书写装置1的体坐标系统转换至参考坐标系统。此外，再透过姿态运算模块的一重力补偿单元将加速度信号进行重力补偿，以去除因重力的影响所造成的加速度变化，接着，再透过姿态运算模块的一侦测校正单元进行移动轨迹的校正。其中，上述的坐标转换及重力补偿的技艺是本领域熟知此技艺人士常用的技术，于此不再多作说明。

请先参照图2A所示，于此，是以书写装置1书写数字「4」为例。其中，于书写「4」时，图2A由位置A至位置B的移动轨迹是书写装置1因提笔、换行所产生的，故依据本发明的移动轨迹校正方法可进行轨迹校正，以去除因提笔、换行所产生的轨迹（即去除位置A至位置B之间的移动轨迹），进而得到如图2B所示的正确轨迹「4」。

请参照图1B及图1C所示，其中，1C是本发明优选实施例的一种移动轨迹校正方法的步骤流程图。

本发明的移动轨迹校正方法可接收书写装置1于书写平面P上移动时产生的移动轨迹信号，而移动轨迹信号已于上述中详述其前处理过程，于此不再赘述。

另外，请先参照图3A所示，其是移动轨迹感测模块输出的移动轨迹信号中，经由上述的前处理（例如校正、滤波等）后，所产生的体坐标系的第一轴向X、第二轴向Y及第三轴向Z的加速度信号示意图。另外，请参照图3B所示，其是图3A的移动轨迹信号经坐标转换后的波形示意图。于此，是将体坐标系的加速度信号转换为参考坐标系的加速度信号。如图3B所示，第三轴向Z的基准是1g，而第一轴向X及第二轴向Y的基准分别为0g。此外，请参照图3C所示，其是图3B的移动轨迹信号经重力补偿后的波形示意图。由图3C可得知，经由重力补偿单元可将参考坐标系的加速度信号进行补偿，以去除因重力所产生加速度的影响。如图3C所示，第一轴向X、第二轴向Y及第三轴向Z的基准皆为0g。

如图1C所示，本发明的移动轨迹校正方法包括以下的步骤P01～P03。

首先，步骤P01为：透过一姿态运算模块的一侦测校正单元根据移动轨迹信号分别产生一第一轴向信号、一第二轴向信号及一第三轴向信号，其中，书写平面P是由第一轴向及第二轴向所形成，且第三轴向与书写平面垂直。在本实施例中，第一轴向、第二轴向及第三轴向分别为参考坐标系的三个相互垂直的轴向，即图2A的X、Y、Z。而书写平面P是由第一轴向X及第二轴向Y所形成，且第三轴向Z与书写平面P垂直。另外，第一轴向信号、第二轴向信号及第三轴向信号（加速度信号）分别是图4A至图4C所示。不过，在其它实施例中，若书写平面为一垂直平面时，例如图2A的轴向X及轴向Z所构成的平面时，则第三轴向则为Y。

接着，进行步骤P02，透过侦测校正单元根据第三轴向信号校正第一轴向信号，以产生一第一轴向轨迹信号。在本实施例中，由于第三轴向信号是提笔或换行所产生的信号，因此透过第三轴向信号校正第一轴向信号及第二轴向信号。其中，于校正第一轴向信号的步骤中，还可包括当第三轴向信号于一时间内的变化超过一预设信号值时，透过侦测校正单元于所述时间内使第一轴向信号为零。换句话说，第三轴向信号是由于提笔或换行所产生的，所以是不需要的信号，因此，第三轴向信号于一段时间内（即图4C的时间t1～时间t2之间）的变化超过预设信号值时，可得知其为提笔或换行所产生的，因此必须将同一时间的第一轴向X的信号消除，使第一轴向信号为零（图4A只显示该段时间的第一轴向信号，并未显示该段时间的第一轴向信号为零）。其中，预设信号值可由使用者自订。

最后，进行步骤P03，透过侦测校正单元根据第三轴向信号校正第二轴向信号，以产生一第二轴向轨迹信号。同样道理，当第三轴向信号于一时间内的变化超过一预设信号值时，透过侦测校正单元于所述时间内使第二轴向信号为零。因此，也将同一时间内的第二轴向Y的信号消除，使第二轴向信号为零（图4B只显示该段时间的第二轴向信号，并未显示该段时间的第二轴向信号为零）。值得一提的是，上述的步骤P02及步骤P03的顺序只是举例，本发明并不限定，也可先进行步骤P03后再进行步骤P02，或步骤P02及步骤P03同时进行。

另外，请参照图5A及图5B所示，其分别是本发明的一种移动轨迹产生方法的步骤流程图及其功能方块图。

本发明的移动轨迹产生方法包括：透过一书写装置1的一移动轨迹感测模块感测书写装置1于一书写平面P上移动时产生的一移动轨迹，并产生一移动轨迹信号（步骤S01）、透过一姿态运算模块的一侦测校正单元根据移动轨迹信号产生一第一轴向信号、一第二轴向信号及一第三轴向信号，其中，书写平面P是由第一轴向及第二轴向所形成，且第三轴向与书写平面P垂直（步骤S02），以及透过侦测校正单元根据第三轴向信号分别校正第一轴向信号及第二轴向信号，以分别产生一第一轴向轨迹信号及一第二轴向轨迹信号（步骤S03）。于此，步骤S01已于上述中详述，而步骤S02～S03可参照上述步骤P01至步骤P03，不再赘述。

另外，本发明的移动轨迹产生方法还可包括步骤S04：透过一显示模块根据第一轴向轨迹信号及第二轴向轨迹信号显示校正后的移动轨迹。换句话说，如图2B所示，可例如使用具有显示屏幕的计算机以显示校正后的正确的移动轨迹。在本实施例中，如图2B所示，由于已将第一轴向信号及第二轴向信号中，因提笔或换行所产生的第三轴向Z的加速度信号去除，因此可透过显示模块根据第一轴向轨迹信号及第二轴向轨迹信号显示校正后的正确的移动轨迹。再一提的是，在步骤S04之前，如图5B所示，移动轨迹产生方法还可包括：透过姿态运算模块的一轨迹运算单元分别对第一轴向轨迹信号及第二轴向轨迹信号进行运算。于此，是进行两次积分，使第一轴向及第二轴向的加速度信号分别转换成一位移信号，而显示模块再将位移信号转换成移动轨迹并显示出来。

此外，移动轨迹产生方法的其它技术特征已于上述中详述，于此不再赘述。

另外，请参照图6A及图6B所示，其中，图6A是以书写装置1书写数字「12」的移动轨迹示意图，而图6B是应用本发明的移动轨迹产生方法后，显示模块所显示的移动轨迹示意图。此外，请参照图7A及图7B所示，其中，图7A是以书写装置1书写数字「86」的移动轨迹示意图，而图7B是应用本发明的移动轨迹产生方法后，显示模块所显示的移动轨迹示意图。

于图6A及图7A中，位置A至位置B之间的移动轨迹仍为提笔或换行所产生的移动轨迹。因此，如图6B及图7B所示，透过本发明的移动轨迹产生方法可侦测并修正移动轨迹因提笔或换行所产生的误差，以得到正确移动轨迹。

综上所述，本发明的移动轨迹校正方法及移动轨迹产生方法，是透过一姿态运算模块的一侦测校正单元根据移动轨迹信号分别产生一第一轴向信号、一第二轴向信号及一第三轴向信号，其中书写平面是由第一轴向及第二轴向所形成，且第三轴向与书写平面垂直，以及透过侦测校正单元根据第三轴向信号分别校正第一轴向信号及第二轴向信号，以分别产生一第一轴向轨迹信号及一第二轴向轨迹信号，再透过显示模块根据第一轴向轨迹信号及第二轴向轨迹信号显示校正后的移动轨迹。借此，使得本发明的移动轨迹校正方法及移动轨迹产生方法可侦测并修正移动轨迹因提笔或换行所产生的误差，以得到正确移动轨迹。

以上所述仅是举例性，而非限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变还，均应包括在权利要求所限定的范围内。

Claims (14)

1.一种移动轨迹校正方法，是接收一书写装置于一书写平面上移动时产生的一移动轨迹信号，并包括：

透过一姿态运算模块的一侦测校正单元根据所述移动轨迹信号分别产生一第一轴向信号、一第二轴向信号及一第三轴向信号，其中所述书写平面是由所述第一轴向及所述第二轴向所形成，且所述第三轴向与所述书写平面垂直；

透过所述侦测校正单元根据所述第三轴向信号校正所述第一轴向信号，以产生一第一轴向轨迹信号；以及

透过所述侦测校正单元根据所述第三轴向信号校正所述第二轴向信号，以产生一第二轴向轨迹信号。

2.根据权利要求1所述的移动轨迹校正方法，其特征在于，所述移动轨迹信号包括所述移动轨迹于不同时间的三轴向的一角速度信号、一加速度信号、一磁场强度信号、一地磁方位信号或其组合。

3.根据权利要求1所述的移动轨迹校正方法，其特征在于，所述第一轴向、所述第二轴向及所述第三轴向彼此垂直。

4.根据权利要求1所述的移动轨迹校正方法，其特征在于，校正所述第一轴向信号的步骤中，还包括：

当所述第三轴向信号于一时间内的变化超过一预设信号值时，透过所述侦测校正单元于所述时间内使所述第一轴向信号为零。

5.根据权利要求1所述的移动轨迹校正方法，其特征在于，于校正所述第二轴向信号的步骤中，还包括：

当所述第三轴向信号于一时间内的变化超过一预设信号值时，透过所述侦测校正单元于所述时间内使所述第二轴向信号为零。

6.一种移动轨迹产生方法，包括：

透过一书写装置的一移动轨迹感测模块感测所述书写装置于一书写平面上移动时产生的一移动轨迹，并产生一移动轨迹信号；

透过一姿态运算模块的一侦测校正单元根据所述移动轨迹信号产生一第一轴向信号、一第二轴向信号及一第三轴向信号，其中所述书写平面是由所述第一轴向及所述第二轴向所形成，且所述第三轴向与所述书写平面垂直；

透过所述侦测校正单元根据所述第三轴向信号分别校正所述第一轴向信号及所述第二轴向信号，以分别产生一第一轴向轨迹信号及一第二轴向轨迹信号；以及

透过一显示模块根据所述第一轴向轨迹信号及所述第二轴向轨迹信号显示校正后的所述移动轨迹。

7.根据权利要求6所述的移动轨迹产生方法，其特征在于，所述移动轨迹信号包括所述移动轨迹于不同时间的三轴向的一角速度信号、一加速度信号、一磁场强度信号、一地磁方位信号或其组合。

8.根据权利要求7所述的移动轨迹产生方法，其特征在于，还包括：

透过所述姿态运算模块的一姿态转换单元根据所述角速度信号产生一坐标转换矩阵，并根据所述坐标转换矩阵将所述加速度信号进行坐标转换。

9.根据权利要求8所述的移动轨迹产生方法，其特征在于，所述姿态转换单元将所述角速度信号进行一次积分，以得到一姿态角，进而产生所述坐标转换矩阵，并透过所述坐标转换矩阵将所述加速度信号转换，以将所述加速度信号由所述书写装置的一体坐标系转换为一参考坐标系。

10.根据权利要求9所述的移动轨迹产生方法，其特征在于，还包括：

透过所述姿态运算模块的一重力补偿单元将所述参考坐标系的所述加速度信号进行重力补偿。

11.根据权利要求6所述的移动轨迹产生方法，其特征在于，校正所述第一轴向信号的步骤中，还包括：

当所述第三轴向信号于一时间内的变化超过一预设信号值时，透过所述侦测校正单元于所述时间内使所述第一轴向信号为零。

12.根据权利要求6所述的移动轨迹产生方法，其特征在于，校正所述第二轴向信号的步骤中，还包括：

当所述第三轴向信号于一时间内的变化超过一预设信号值时，透过所述侦测校正单元于所述时间内使所述第二轴向信号为零。

13.根据权利要求6所述的移动轨迹产生方法，其特征在于，还包括：

透过所述姿态运算模块的一轨迹运算单元分别对所述第一轴向轨迹信号及所述第二轴向轨迹信号进行运算。

14.根据权利要求6所述的移动轨迹产生方法，其特征在于，所述画写平面包括一水平面、一垂直面或一倾斜面。

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