CN103698676A - 一种评估输变电设备电晕放电的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种评估输变电设备电晕放电的方法，包括：获得电晕放电的RGB图像，并将RGB图像以图像帧为单位得到多个图像帧顺序号码连续的处理图像；将处理图像转换为二值图像并进行处理后，在二值图像中均获得多个光斑区域以及每一光斑区域的光斑面积值；绘制出光斑面积值与时间相关联的曲线，并根据绘制的曲线评估不同时间下电晕放电状态，当某时刻对应的光斑面积值超过预定阈值时，则表示在该时刻上输变电设备的放电强度大。本发明实施例还公开了一种评估输变电设备电晕放电的系统。本发明实施例，解决了现有技术中当输变电设备所在区域存在多个相邻的放电点时，基于紫外成像特征-光子数的电晕放电评估方法存在较大统计误差的问题。

Description

一种评估输变电设备电晕放电的方法及系统

技术领域

本发明涉及输变电设备电晕放电技术领域，尤其涉及一种评估输变电设备电晕放电的方法及系统。

背景技术

电晕放电是输变电设备电磁环境的主要问题，会带来一系列的问题，例如强电场、可听噪声、无线电干扰等。按照IEEE标准定义，电晕是电场强度超过临界值引起的带电导体周围空气电离而产生的一种发光的放电现象。随着电压等级的升高，输变电设备表面的场强会增加，尤其在粗糙表面，由于局部场强过高，会造成表面场强分布不均匀造成电晕放电，当达到临界值时，在夜晚黑暗的情况下，还会出现蓝色发光的现象。

电晕放电的检测方法很多，而由于其自身高电压强电磁环境，会带来干扰，影响现场的测量。传统的监测方法如声波监测法和超高频法由于环境干扰而难以进行精确的故障定位：红外成像仪只能在设备因较高温度散发热量的时候探测到，而且很容易受到外界环境的影响。相对于红外辐射，紫外辐射在传播过程中不易衰减，而日盲区紫外辐射不易受太阳光干扰，较为稳定。输变电设备电晕放电时，空气中的电子不断获得和释放能量，当电子释放能量时，便会释放紫外线。由于紫外成像仪采用双通道图像融合技术，将紫外光与可见光叠加，即可精确定位电晕的故障区域以及放电强度。同时，紫外成像仪具有远距离、非接触、抗干扰、实时性等优点，适合于输变电设备的电晕放电检测。

目前运用紫外成像技术进行输变电设备电晕放电评估主要是基于紫外成像特征-光子数，而光子数可直接从紫外成像仪中读取，但紫外成像仪给出的光子数是某个成像区域内的光子数之和，当输变电设备所在区域存在多个相邻的放电点时，光子数不能通过光子数来正确区分出绝缘子放电量的大小，存在较大的统计误差。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种评估输变电设备电晕放电的方法及系统，可以解决现有技术中当输变电设备所在区域存在多个相邻的放电点时，基于紫外成像特征-光子数的电晕放电评估方法存在较大统计误差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种评估输变电设备电晕放电的方法，所述方法包括：

获得输变电设备电晕放电的RGB图像，并将所述获得的RGB图像以图像帧为单位得到多个图像帧顺序号码连续的处理图像；

将所述得到的多个处理图像转换为对应的多个二值图像并进行处理后，在各二值图像中均获得多个光斑区域以及每一光斑区域的光斑面积值；

根据所述获得的光斑面积值，绘制出光斑面积值与时间相关联的曲线，并根据所述绘制的曲线评估不同时间下所述输变电设备电晕放电状态，当所述曲线上某时刻对应的光斑面积值超过预定阈值时，则表示在所述时刻上所述输变电设备的放电强度大。

其中，所述获得输变电设备电晕放电的RGB图像，并将所述获得的RGB图像以图像帧为单位得到多个图像帧顺序号码连续的处理图像的具体步骤包括：

通过紫外成像仪采集所述输变电设备电晕放电视频，并将所述采集到的视频导入计算机系统，获得所述输变电设备电晕放电的RGB图像；

将所述获得的RGB图像通过视频播放软件对图像帧进行顺序编号，并以所述图像帧为单位得到多个图像帧顺序号码连续的处理图像。

其中，所述将所述得到的多个处理图像转换为对应的多个二值图像并进行处理后，在各二值图像中均获得多个光斑区域以及每一光斑区域的光斑面积值的具体步骤包括：

将所述得到的多个处理图像转换为对应的多个灰度图像，并得到各灰度图像中所含每一像素点的坐标以及所述每一像素点对应的灰度值；

判断所述各灰度图像中得到的每一像素点对应的灰度值是否大于预设的数值；

如果是，则修正所述各灰度图像中每一像素点对应的灰度值为1；如果否，则修正所述各灰度图像中每一像素点对应的灰度值为0；

根据所述修正的各灰度图像中每一像素点对应的灰度值以及所述每一像素点的坐标，获得所述各灰度图像对应的二值图像，且将所述获得的各二值图像均进行处理；

将所述处理后的各二值图像以每一图像帧为单位得到多个光斑区域，并统计每一光斑区域中每一像素点对应的灰度值为1的数量作为每一光斑区域的光斑面积值。

其中，所述将所述获得的各二值图像均进行处理的步骤具体为将所述获得的各二值图像进行开运算或闭运算。

其中，所述预设的数值的取值范围为（0.8，0.9）。

其中，当所述二值图像中像素点对应的灰度值为1时，则所述像素点的颜色为黑色；当所述二值图像中像素点对应的灰度值为0时，则所述像素点的颜色为白色。

本发明实施例还提供了一种评估输变电设备电晕放电的系统，所述系统包括：

第一获取单元，用于获得输变电设备电晕放电的RGB图像，并将所述获得的RGB图像以图像帧为单位得到多个图像帧顺序号码连续的处理图像；

第二获取单元，用于将所述得到的多个处理图像转换为对应的多个二值图像并进行处理后，在各二值图像中均获得多个光斑区域以及每一光斑区域的光斑面积值；

评估单元，用于根据所述获得的光斑面积值，绘制出光斑面积值与时间相关联的曲线，并根据所述绘制的曲线评估不同时间下所述输变电设备电晕放电状态，当所述曲线上某时刻对应的光斑面积值超过预定阈值时，则表示在所述时刻上所述输变电设备的放电强度大。

其中，所述第一获取单元包括：

第一处理模块，用于通过紫外成像仪采集所述输变电设备电晕放电视频，并将所述采集到的视频导入计算机系统，获得所述输变电设备电晕放电的RGB图像；

第二处理模块，用于将所述获得的RGB图像通过视频播放软件对图像帧进行顺序编号，并以所述图像帧为单位得到多个图像帧顺序号码连续的处理图像。

其中，所述第二获取单元包括：

第一转换模块，用于将所述得到的多个处理图像转换为对应的多个灰度图像，并得到各灰度图像中所含每一像素点的坐标以及所述每一像素点对应的灰度值；

判断模块，用于判断所述各灰度图像中得到的每一像素点对应的灰度值是否大于预设的数值；

修正模块，用于如果是，则修正所述各灰度图像中每一像素点对应的灰度值为1；如果否，则修正所述各灰度图像中每一像素点对应的灰度值为0；

第二转换模块，用于根据所述修正的各灰度图像中每一像素点对应的灰度值以及所述每一像素点的坐标，获得所述各灰度图像对应的二值图像，且将所述获得的各二值图像均进行处理；

统计模块，用于将所述处理后的各二值图像以每一图像帧为单位得到多个光斑区域，并统计每一光斑区域中每一像素点对应的灰度值为1的数量作为每一光斑区域的光斑面积值。

其中，所述预设的数值的取值范围为（0.8，0.9）。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例基于紫外成像特征—光斑面积的输变电设备电晕放电评估方法，克服了光子数参数在实际运用中存在一定的不足，避免了因检测的距离和仪器的增益对评估结果造成的不利影响，提高了输变电设备电晕放电状态评估的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例提供的评估输变电设备电晕放电的方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的连续一百帧以内的光斑面积值与时间相关联的曲线图；

图3为本发明实施例提供的评估输变电设备电晕放电的系统的结构示意图；

图4为图3中第一获取单元的结构示意图；

图5为图3中第二获取单元的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例中，提出一种评估输变电设备电晕放电的方法，所述方法包括：

步骤S101、获得输变电设备电晕放电的RGB图像，并将所述获得的RGB图像以图像帧为单位得到多个图像帧顺序号码连续的处理图像。

具体过程为，步骤S201、通过日盲型紫外成像仪采集输变电设备电晕放电视频，设定日盲型紫外成像仪输出的视频信号为avi格式，视频的帧速率为每秒25帧，每帧图像的大小为720×576像素，利用图像存储设备记录该视频信号，并将采集到的视频导入计算机系统，获得输变电设备电晕放电的RGB图像。

步骤S202、将获得的RGB图像通过视频播放软件对图像帧进行顺序编号，并以图像帧为单位得到多个图像帧顺序号码连续的处理图像；例如，将获得的RGB图像的图像帧编号为1-1000，截取第1-100帧作为一处理图像，截取第101-200帧作为另一处理图像等等。

步骤S102、将所述得到的多个处理图像转换为对应的多个二值图像并进行处理后，在各二值图像中均获得多个光斑区域以及每一光斑区域的光斑面积值。

具体过程为，步骤S301、将得到的多个处理图像转换为对应的多个灰度图像，并得到各灰度图像中所含每一像素点的坐标f(x,y)以及每一像素点对应的灰度值Y；其中，x，y为像素点在灰度图中对应的横坐标和纵坐标位置值。

由于处理图像是RGB图像，RGB图像为点阵图像，它的每一个像素点由R、G、B三个分量所组成，根据YUV颜色空间，定义Y分量的物理意义是亮度，它包含了灰度图的所有信息，因此只需要得到Y分量的值就完全能够表示出一幅灰度图；YUV和RGB之间有着如下的对应关系： $\left[\begin{array}{c}Y\\ U\\ V\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}0.299& -0.148& 0.615\\ 0.587& -0.289& -0.515\\ 0.114& 0.347& -0.100\end{array}\right],$ 利用上式，可以求出：Y=0.299R+0.587G+0.114B，因此根据R、G、B的值得到各灰度图像中每一像素点对应的灰度值Y，将其R、G、B都赋值成Y；其中，Y代表亮度，U和V表示的则是色度，用于指定像素的颜色； $\left[\begin{array}{ccc}0.299& -0.148& 0.615\\ 0.587& -0.289& -0.515\\ 0.114& 0.347& -0.100\end{array}\right]$ 为固定矩阵。

步骤S302、判断各灰度图像中得到的每一像素点对应的灰度值是否大于预设的数值；如果是，则执行下一步骤S303；如果否，则执行下一步骤S304；其中，预设的数值记为T，T的取值范围为（0.8，0.9）。

步骤S303、修正各灰度图像中每一像素点对应的灰度值为1。

步骤S304、修正各灰度图像中每一像素点对应的灰度值为0。

步骤S305、根据修正的各灰度图像中每一像素点对应的灰度值以及每一像素点的坐标f(x,y)，获得各灰度图像对应的二值图像B(a,b)，且将获得的各二值图像均进行处理；

其中，

a、b为像素点f(x,y)在二值图像B(a,b)矩阵中对应的位置。

其中，虽然通过将各灰度图像转换为对应的二值图像B(a,b)，可以将需要分割的区域有效地从灰度图像中分割出来后，但是灰度图像中的取景框、时间和光子数等信息由于灰度值接近于该分割区域，因而也被保留在了二值图像B(a,b)之中，保留的取景框、时间和光子数等信息的二值图像称为噪声图像。噪声图像的几何尺寸要远小于放电区域图像本身，因此需要采用数学形态学的方法对图像进行了滤波去噪处理。

二值图像B(a,b)的滤波去噪处理基本运算为腐蚀和膨胀，设A是原始二值图像，B为结构元素 $B=\left[\begin{array}{ccccc}0& 0& 1& 0& 0\\ 0& 1& 1& 1& 0\\ 1& 1& 1& 1& 1\\ 0& 1& 1& 1& 0\\ 0& 0& 1& 0& 0\end{array}\right],$ A用B来腐蚀记作AΘB，腐蚀运算定义为：

其中，x表示结构元素平移的平移量，其意义在于将B平移x后得到(B)_x，若(B)_x包含于A，则记下该x点，则所有满足上述条件的x点所组成的集合记作E(A)，从上述定义可知对图像进行腐蚀将导致原图像收缩。

膨胀是图像腐蚀的对偶运算，定义为

其中，膨胀的过程为将B平移x后得到(B)_x，若(B)_x与A的交集非空，则记下该x点，则所有满足上述条件的x点所组成的集合记作E(A)，可见膨胀将导致原图像扩张。

单纯对二值图像B(x,y)进行腐蚀或膨胀运算会导致需提取的图像面积发生较大的改变，实际应用中是将腐蚀和膨胀综合使用组成开启、闭合运算对二值图像B(a,b)进行处理，得到处理后的二值图像B^/(a,b)。

开运算公式为：

闭运算公式为：

其中，符号o和·分别表示开运算和闭运算，A被B作开运算是先将图像进行腐蚀，然后再进行膨胀，A被B作闭运算就是A被B膨胀后的结果再被B腐蚀，其特点都为消除图像区域内部的一些空洞，同时也对图像内边界起到了一定的平滑作用。

步骤S306、将处理后的各二值图像B^/(a,b)以每一图像帧为单位得到多个光斑区域G(a,b)，并统计每一光斑区域中每一像素点对应的灰度值为1的数量作为每一光斑区域的光斑面积值s；其中

M和N分别为光斑区域G(a,b)矩阵中的行和列数值。

步骤S103、根据所述获得的光斑面积值，绘制出光斑面积值与时间相关联的曲线，并根据所述绘制的曲线评估不同时间下所述输变电设备电晕放电状态，当所述曲线上某时刻对应的光斑面积值超过预定阈值时，则表示在所述时刻上所述输变电设备的放电强度大。

如图2所示，为连续一百帧以内的光斑面积值与时间相关联的曲线图，由于导入的RGB图像为每秒25帧，因而处理后得到的每一个二值图像B^/(a,b)在图2中1秒内可得到25个连续区域，且每一区域中含有多个光斑区域G(a,b)，根据获得的每一个光斑区域G(a,b)的光斑面积值s，按照每帧的连续顺序号码，绘制出光斑面积值s与时间相关联的曲线（例如：以1-10000的顺序连续帧，绘制曲线上对应的光斑面积值），并根据绘制的曲线评估不同时间下输变电设备电晕放电状态，当曲线上某时刻对应的光斑面积值s超过预定阈值时，则表示在该时刻上输变电设备的放电强度大；其中，预定阈值可以预先按需设置或预先设置为一固定值。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例基于紫外成像特征—光斑面积的输变电设备电晕放电评估方法，克服了光子数参数在实际运用中存在一定的不足，避免了因检测的距离和仪器的增益对评估结果造成的不利影响，提高了输变电设备电晕放电状态评估的准确性。

如图3所述，本发明实施例中，还提出一种评估输变电设备电晕放电的系统，所述系统包括：第一获取单元310、第二获取单元320以及评估单元330

第一获取单元310，用于获得输变电设备电晕放电的RGB图像，并将所述获得的RGB图像以图像帧为单位得到多个图像帧顺序号码连续的处理图像；

第二获取单元320，用于将所述得到的多个处理图像转换为对应的多个二值图像并进行处理后，在各二值图像中均获得多个光斑区域以及每一光斑区域的光斑面积值；

评估单元330，用于根据所述获得的光斑面积值，绘制出光斑面积值与时间相关联的曲线，并根据所述绘制的曲线评估不同时间下所述输变电设备电晕放电状态，当所述曲线上某时刻对应的光斑面积值超过预定阈值时，则表示在所述时刻上所述输变电设备的放电强度大。

其中，系统中的第一获取单元310包括：

第一处理模块3101，用于通过紫外成像仪采集输变电设备电晕放电视频，并将采集到的视频导入计算机系统，获得输变电设备电晕放电的RGB图像；

第二处理模块3102，用于将获得的RGB图像通过视频播放软件对图像帧进行顺序编号，并以图像帧为单位得到多个图像帧顺序号码连续的处理图像。

其中，系统中的第二获取单元320包括：

第一转换模块3201，用于将得到的多个处理图像转换为对应的多个灰度图像，并得到各灰度图像中所含每一像素点的坐标以及每一像素点对应的灰度值；

判断模块3202，用于判断各灰度图像中得到的每一像素点对应的灰度值是否大于预设的数值；

修正模块3203，用于如果是，则修正各灰度图像中每一像素点对应的灰度值为1；如果否，则修正各灰度图像中每一像素点对应的灰度值为0；

第二转换模块3204，用于根据修正的各灰度图像中每一像素点对应的灰度值以及每一像素点的坐标，获得各灰度图像对应的二值图像，且将获得的各二值图像均进行处理；

统计模块3205，用于将处理后的各二值图像以每一图像帧为单位得到多个光斑区域，并统计每一光斑区域中每一像素点对应的灰度值为1的数量作为每一光斑区域的光斑面积值。

其中，将获得的各二值图像均进行处理的步骤具体为将获得的各二值图像进行开运算或闭运算。

其中，预设的数值的取值范围为（0.8，0.9）。

其中，当二值图像中像素点对应的灰度值为1时，则像素点的颜色为黑色；当二值图像中像素点对应的灰度值为0时，则像素点的颜色为白色。

在本发明实施例中，评估输变电设备电晕放电的系统首先在第一获取单元310中获得输变电设备电晕放电的RGB图像，并将获得的RGB图像以图像帧为单位得到多个图像帧顺序号码连续的处理图像；其次，将得到的多个处理图像转换为对应的多个二值图像并进行处理后，第二获取单元320中各二值图像均获得多个光斑区域以及每一光斑区域的光斑面积值；然后，根据获得的光斑面积值，绘制出光斑面积值与时间相关联的曲线，并根据绘制的曲线在评估单元330中评估不同时间下输变电设备电晕放电状态，当曲线上某时刻对应的光斑面积值超过预定阈值时，则表示在该时刻上输变电设备的放电强度大。

值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个系统单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种评估输变电设备电晕放电的方法，其特征在于，所述方法包括：

获得输变电设备电晕放电的RGB图像，并将所述获得的RGB图像以图像帧为单位得到多个图像帧顺序号码连续的处理图像；

将所述得到的多个处理图像转换为对应的多个二值图像并进行处理后，在各二值图像中均获得多个光斑区域以及每一光斑区域的光斑面积值；

根据所述获得的光斑面积值，绘制出光斑面积值与时间相关联的曲线，并根据所述绘制的曲线评估不同时间下所述输变电设备电晕放电状态，当所述曲线上某时刻对应的光斑面积值超过预定阈值时，则表示在所述时刻上所述输变电设备的放电强度大。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得输变电设备电晕放电的RGB图像，并将所述获得的RGB图像以图像帧为单位得到多个图像帧顺序号码连续的处理图像的具体步骤包括：

通过紫外成像仪采集所述输变电设备电晕放电视频，并将所述采集到的视频导入计算机系统，获得所述输变电设备电晕放电的RGB图像；

将所述获得的RGB图像通过视频播放软件对图像帧进行顺序编号，并以所述图像帧为单位得到多个图像帧顺序号码连续的处理图像。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述得到的多个处理图像转换为对应的多个二值图像并进行处理后，在各二值图像中均获得多个光斑区域以及每一光斑区域的光斑面积值的具体步骤包括：

将所述得到的多个处理图像转换为对应的多个灰度图像，并得到各灰度图像中所含每一像素点的坐标以及所述每一像素点对应的灰度值；

判断所述各灰度图像中得到的每一像素点对应的灰度值是否大于预设的数值；

如果是，则修正所述各灰度图像中每一像素点对应的灰度值为1；如果否，则修正所述各灰度图像中每一像素点对应的灰度值为0；

根据所述修正的各灰度图像中每一像素点对应的灰度值以及所述每一像素点的坐标，获得所述各灰度图像对应的二值图像，且将所述获得的各二值图像均进行处理；

将所述处理后的各二值图像以每一图像帧为单位得到多个光斑区域，并统计每一光斑区域中每一像素点对应的灰度值为1的数量作为每一光斑区域的光斑面积值。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述获得的各二值图像均进行处理的步骤具体为将所述获得的各二值图像进行开运算或闭运算。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设的数值的取值范围为（0.8，0.9）。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述二值图像中像素点对应的灰度值为1时，则所述像素点的颜色为黑色；当所述二值图像中像素点对应的灰度值为0时，则所述像素点的颜色为白色。

7.一种评估输变电设备电晕放电的系统，其特征在于，所述系统包括：

第一获取单元，用于获得输变电设备电晕放电的RGB图像，并将所述获得的RGB图像以图像帧为单位得到多个图像帧顺序号码连续的处理图像；

第二获取单元，用于将所述得到的多个处理图像转换为对应的多个二值图像并进行处理后，在各二值图像中均获得多个光斑区域以及每一光斑区域的光斑面积值；

评估单元，用于根据所述获得的光斑面积值，绘制出光斑面积值与时间相关联的曲线，并根据所述绘制的曲线评估不同时间下所述输变电设备电晕放电状态，当所述曲线上某时刻对应的光斑面积值超过预定阈值时，则表示在所述时刻上所述输变电设备的放电强度大。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一获取单元包括：

第一处理模块，用于通过紫外成像仪采集所述输变电设备电晕放电视频，并将所述采集到的视频导入计算机系统，获得所述输变电设备电晕放电的RGB图像；

第二处理模块，用于将所述获得的RGB图像通过视频播放软件对图像帧进行顺序编号，并以所述图像帧为单位得到多个图像帧顺序号码连续的处理图像。

9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第二获取单元包括：

第一转换模块，用于将所述得到的多个处理图像转换为对应的多个灰度图像，并得到各灰度图像中所含每一像素点的坐标以及所述每一像素点对应的灰度值；

判断模块，用于判断所述各灰度图像中得到的每一像素点对应的灰度值是否大于预设的数值；

修正模块，用于如果是，则修正所述各灰度图像中每一像素点对应的灰度值为1；如果否，则修正所述各灰度图像中每一像素点对应的灰度值为0；

第二转换模块，用于根据所述修正的各灰度图像中每一像素点对应的灰度值以及所述每一像素点的坐标，获得所述各灰度图像对应的二值图像，且将所述获得的各二值图像均进行处理；

统计模块，用于将所述处理后的各二值图像以每一图像帧为单位得到多个光斑区域，并统计每一光斑区域中每一像素点对应的灰度值为1的数量作为每一光斑区域的光斑面积值。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述预设的数值的取值范围为（0.8，0.9）。

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