CN104380310A - 具有同轴照明的光槽扫描仪 - Google Patents

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Abstract

光槽扫描仪(10)包括外壳(12)，用于支撑位于外壳的内部区域(14)内的扫描装置(22)，扫描装置(22)包括设置在位于外壳(12)中的凹陷的隔间(80)内的成像相机(26)和光源(24)。成像相机具有成像视场(40)以用于读取目标物体上的标记。光源(24)具有照明场(42)以用于照明目标标记以使得在标记读取期间照明场(42)与成像场(40)基本上同轴。而且，光源(24)耦合至目标检测传感器(92)以便于在标记检测时致动所述光源(24)。

Description

具有同轴照明的光槽扫描仪
技术领域
本公开涉及光学扫描仪以及操作方法，并且尤其涉及具有同轴照明的光槽扫描仪。
背景技术
已研发出各种光电系统用于读取例如条形码这样的光学标记。条形码是由一系列有变化宽度的条带和间隔构成的图形标记的编码图案，这些条带和间隔具有不同的反光特性。这些条带和间隔的图案编码信息。条形码可以是一维的(例如，UPC条形码)或二维的(例如，DataMatrix条形码)。利用成像相机系统或激光扫描仪系统读取(即成像或扫描以及解码)条形码的系统通常被称为光学扫描仪或条形码扫描仪。
光学扫描仪可以是便携式的或固定式的。便携式光学扫描仪是适于用户手持且针对要被读取(即成像或扫描以及解码)的目标标记(诸如目标条形码)移动的光学扫描仪。
发明内容
本公开的一个示例性实施例包括光学扫描仪，该光学扫描仪包括外壳，用于支撑位于外壳的内部区域内的扫描装置。扫描装置包括设置在位于外壳的内部区域中的凹陷的隔间内的成像相机和光源。成像相机限定成像视场以用于读取位于目标物体上的标记。光源限定一照明场以用于照明位于目标物体上的标记，其中，在位于目标物体上的标记的读取期间，当照明场穿过位于所述外壳中的出射窗口进入扫描区域时，照明场基本上包围整个成像视场。
本公开的另一示例性实施例包括光槽扫描仪，该光槽扫描仪包括支撑扫描装置的外壳，外壳限定光槽扫描仪的内部区域。扫描装置包括设置在外壳内部区域内的成像相机和光源。成像相机限定成像视场以用于读取位于目标物体上的标记且光源限定照明场以用于照明位于目标物体上的标记。成像视场进一步限定贯穿成像视场的居中设置的成像光轴且照明场进一步限定贯穿照明场的居中设置的照明轴，设置成像相机和光源以使居中设置的照明轴关于居中设置的成像光轴为同轴地投射的。
本公开的进一步的示例性实施例包括一种操作光槽扫描仪以用于成像目标物体的方法。此方法包括将扫描装置支撑在外壳的内部区域内的步骤，扫描装置包括成像相机和光源。此方法进一步包括利用成像相机限定成像视场以用于读取位于目标物体上的标记，成像视场包括居中设置的成像光轴。此方法还包括利用光源限定照明场以用于照明位于目标物体上的标记，照明场包括居中设置的照明轴。此方法还包括将成像相机和光源设置在外壳内以使居中设置的照明轴关于居中设置的成像轴为同轴设置的。
本公开的另一示例性实施例包括具有支撑扫描装置的外壳的光槽扫描仪。外壳限定光槽扫描仪的内部区域。扫描装置包括设置在外壳内部区域内的成像相机和光源。成像相机限定成像视场以用于读取位于目标物体上的标记且光源限定照明场以用于照明位于目标物体上的标记。光槽扫描仪进一步包括目标检测传感器，该目标检测传感器利用至少一个目标传感器光投射目标传感器视场以用于检测扫描区域内的目标物体以使得在检测目标物体时光源和成像相机就被激活以用于成像目标物体上的目标标记。
附图说明
参照附图考虑对本发明以下描述，对于与本公开相关领域的技术人员而言，本公开之前以及其他特点和优点将变得显而易见，在各个附图中，除非另行指出，否则类似的附图标记指代类似的部分，其中：
图1是根据本公开的一个示例性实施例构造的光槽扫描仪的前视透视图；
图2是图1的光槽扫描仪的透视图，投射出了多个视场；
图3是图2的光学扫描仪沿着剖面线3-3的内侧截面图，示出了来自光源的照明场；
图4是图2的光槽扫描仪沿着剖面线4-4的内侧截面图，示出了来自相机的成像视场；
图5是根据本公开的另一示例性实施例构造的光槽扫描仪的板引擎布局；
图6是根据本公开的一个示例性实施例图2的光槽扫描仪沿着剖面线6-6的内侧截面图，示出了来自光源的镜面反射的取向；
图7是根据本公开的另一示例性实施例的图8的光槽扫描仪沿着剖面线7-7的内侧截面图；
图8是根据本公开的另一示例性实施例构造的光槽扫描仪的前视透视图，投射出了目标传感器视场；
图9是根据本公开的另一示例性实施例的图8的光槽扫描仪沿着剖面线9-9的内侧截面图，示出了检测器视场；
图10是图9的部分组件图；
图11是根据本公开的另一示例性实施例构造的光槽扫描仪的前视透视图；
图12是根据本公开的另一示例性实施例构造的光槽扫描仪的仰视透视图；
图13是图12中的光槽扫描仪的侧面正视图；
图14是位于图13的光槽扫描仪内的部件的放大图；
图15是根据本公开的另一示例性实施例构造的光槽扫描仪的前侧正视图；以及
图16是位于光槽扫描仪内的部件的放大图。
详细描述
现在参照附图，其中显示的相同的编号特征一般贯穿始终地指代相同的元件，除非另有说明。本公开涉及光槽扫描仪以及操作方法，并且尤其涉及具有同轴照明的光槽扫描仪。
图1是根据本公开的一个示例性实施例构造的光学扫描仪10且具体地是光槽扫描仪的前视透视图。在一个示例性实施例中的光槽扫描仪10被安装到通常在杂货店看到的水平的柜台中。此柜台通常被称为结账柜台，并且可包括收银机。光槽扫描仪10用于检查载有涉及价格的标记(诸如条形码)的商品。
光槽扫描仪10包括由塑料形成的外壳12，该外壳12限定用于支撑成像组件16的外壳的内部区域14。位于外壳12内的是用于投射多个光场20并且从位于目标物体上的标记中捕捉图像的透明窗口18。
标记包括例如：一维和二维条形码两者、签名代码、软条形码、“datamatrix”条形码、UPC条形码等。目标物体(诸如消费产品)通常包括位于产品或产品包装上的这样的标记并且提供关于产品的数据(例如价格、型号和数量)，具体地，标记由扫描仪10进行读取(成像和解码)。
由扫描仪10执行的成像和解码过程通过扫描装置22来实现，该扫描装置22包括耦合至印刷电路板(PCB)28的光源24和成像相机26，如图5的示例性实施例所示。在另一示例性实施例中的扫描装置进一步包括目标传感器30、92以及目标传感器光源32、99。
在图5所示的示例性实施例中，光源24包括固定在光学底座34内的四个LED。光学底座34在外壳内以及在PCB 28上的定位在图11中是最佳可见的。应当理解，在不背离本公开的精神和范围的情况下，光源24可以是其它类型的照明设备，诸如冷阴极荧光灯(CCFL)。在一个示例性实施例中的外壳12和光学底座34是由塑料构成，但可由相似重量和/或强度的任何其它材料形成。
如图3和4中最佳可见的，成像组件16进一步包括第一和第二折叠镜36、38，分别用于将选择视场从外壳12导向目标物体以用于成像。所示的示例性实施例中的成像相机26包括电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)或其它成像像素阵列型相机。通过相机26对目标物体的成像和解码通过一个过程实现，该过程在2010年6月16日向美国专利局提交并且于2011年12月22日以美国专利申请公开号US 2011/0309147公布的题为“具有用户界面的光学扫描仪”的美国专利申请序列号12/816,711中进一步详细描述。上述美国专利申请序列号No.12/816,711通过引用整体结合于此。
在一个示例性实施例中，光槽扫描仪10在激活时就将基本上同时从成像相机26投射成像视场40(见图4)并从光源24投射照明场42(见图3)。如果位于目标物体102上的目标标记100具有来自目标物体周围环境(例如，背光)或光源24的足够的照明，并且在扫描仪或目标物体前进以使目标标记位于成像视场42内时通过扫描仪10成功地扫描/成像、解码以及读取一个或多个图像，从而提供涉及目标标记的数据。
在图4所示的示例性实施例中，成像视场40包括对称地位于其中的成像光轴44。类似成像视场40，成像光轴44是从相机26投射出并且从第一折叠镜36被反射至第二折叠镜38并通过透明窗口18从外壳12出来至扫描区域48中。扫描区域48是外壳16外面的位置，其允许目标标记100的成功的成像、解码以及读取。
在图3所示的示例性实施例中，照明场42包括对称地位于其中的照明中心轴46，该照明中心轴46由从光源24(诸如LED束)投射出的一束光进行限定并且指向如同光源通常沿着的轴线相同的大致方向。类似照明场42，照明中心轴46是从相机26投射出并且从第一折叠镜36被反射至第二折叠镜38并通过透明窗口18从外壳12出来至扫描区域48中。
在一个示例性实施例中，光槽扫描仪10利用电源52给耦合至PCB的电路50供电(用于成像、解码和读取目标标记100)并且给扫描装置22供电，该电源52可以是远程(例如电池和/或太阳能供电)或直线供电。一旦成像和解码成功，则代表被编码在目标标记100中的数据/信息的经解码的数据54随后经由数据输出端口53被输出和/或经由显示器56被显示给光槽扫描仪10的用户。一旦实现了对目标标记100的优质读取，即目标标记被成功地成像和解码，扬声器58和/或指示器LED 60就被电路50激活以向售货员指示目标标记已被成功读取。
再次参照图5的扫描装置22，光源24定位成沿着X轴与成像相机26紧密毗邻。在图5的示例性实施例中，光源24还定位成沿着Y轴与成像相机26紧密毗邻。从而成像相机26的透镜62以这样一种方式设计：成像视场(FOV)40位于照明场42内或由照明场42包住，如图2所示。在另一示例性实施例中，在图15和16中示出，成像相机26和光源24在轴(X和Y轴)上对齐，从而使得成像FOV光轴44与照明场中心轴46同轴且平行，如图5所示。也就是说，FOV光轴44和照明场中心轴46共享图5的Z轴。
光源24和成像相机26的这样的紧密毗邻以及轴上对齐的构造有利地允许有效的照明，其中由照明场42产生的照明圆锥体64(见图2)基本上与成像FOV 40重叠。因此，没有能量损失在由成像相机26的成像光学62定义的可用的FOV 40之外，这降低了对于成功读取目标标记的足够的照明所需的能量的量和LED的数量。
光源24和成像相机26的这样的紧密毗邻以及轴上对齐构造还有利地消除了可发生在成像FOV内的镜面反射或“热点”的任何问题。即，图5的示例性实施例中所描述和示出的构造不产生穿过出射窗口18进入成像FOV 40的反射光。相反，所有的镜面反射位于成像FOV 42之外，其包括主镜面反射70、次镜面反射72，如图6所示。
同样作为图5的示例性实施例的构造的结果，主虚拟光源74位于物体的实际位置的下面并且次虚拟光源76位于这部分的后面，如图6所示。这样的热点的消除不仅提供更有效的照明，而且防止刺激用户的眼睛以及远离目标物体的光污染，此光污染典型地存在于通常将照明置于扫描仪的出射窗口的边缘区域的周围的常规槽扫描仪中。
在图6所示的示例性实施例中，成像FOV 40在其外围包括并限定了边缘成像光线71。图6中的边缘成像光线与出射窗口18和由扫描装置22形成的取向面73基本垂直。
在替换示例性实施例中，通过在图6中的箭头T所示的任一方向上使出射窗口18倾斜，镜面反射被包含在成像FOV 40的外面，这导致与取向面73的横向的关系。这样的示例性实施例，在LED上的照明透镜78可被替代地设置为稍低于成像光轴。当镜面反射被包含在成像FOV 40的外面时，增强了图像捕捉过程期间的图像结果。
图3-6所示的示例性实施例的另一个优势在于扫描装置22即光源24和成像相机26被紧密地设置在凹陷的隔间80内。也就是说，凹陷的隔间80防止了用户眼睛在如图3的箭头S的方向所指示的扫描仪照明16下的任何直接的暴露。替代地，示例性实施例的构造将照明FOV 42集中在成像FOV 40的周围，并很好地隐藏不让用户直接看到。
图8是根据本公开的另一示例性实施例构造的光槽扫描仪10的前视透视图。图8中的光槽扫描仪10从目标传感器92投射出目标传感器视场90以检测目标物体102存在于扫描区域48内来激励成像模块的照明场。
图8的实施例通过在传感器92检测到目标物体102存在于扫描区域48中时仅激励光源24的照明来允许能量被节约或被更有效地使用。在一个示例性实施例中，扫描区域终止于成像FOV 40内的出射窗口前面大约四英寸处。
在一个示例性实施例中与目标传感器92结合使用以检测目标物体102的是IR传感器92、由图9中的开口94和96限定的孔径93、滤波器98以及IR LED 99。IR LED产生对人眼不可见的光。并且在所示的示例性实施例中，传感器FOV 90与成像FOV 40基本上重叠。位于传感器92前面的孔径93将传感器限制到期望的大小并且通过槽103有利地在主镜面反射70的周围弯曲。滤波器98最小化环境光对目标传感器92性能的影响并且提高目标传感器系统的信噪比。
现在参照图12-14，图12-14是根据本公开的另一示例性实施例构造的垂直光槽扫描仪10。具体而言，构造扫描仪10以使光源24位于成像相机26的轴的下面并且远离成像相机26的轴。成像相机26和光源24通过经由第一和第二折叠镜36、38从外壳12投射出类似地提供它们各自的FOV，即成像FOV 40和照明FOV 42。
在图12-14所示的示例性实施例中，在光学底座38上的扫描装置22的构造导致照明FOV 42的中心轴46关于成像FOV 40的光轴44为接近同轴。然而，此相对构造也导致成像FOV 40包围照明FOV 42。
现在参照图15-16，图15-16是根据本公开的另一示例性实施例构造的水平光槽扫描仪10。具体而言，构造扫描仪10以使光源24位于与成像透镜26成直线。即，成像相机26和光源24两者关于图16的x和y轴对称地设置。
成像相机26和光源24类似地提供它们各自的FOV。即，成像FOV 40和照明FOV 42经由单个折叠镜36从外壳12被投射出。
在图15-16所示的示例性实施例中，在光学底座38上的扫描装置22的构造导致照明场42的中心轴46关于成像FOV 40的光轴44为同中心的且接近同轴。此外，相对构造有利地导致照明FOV 42包围成像FOV 40。
以上所描述的是本发明的示例。当然，不可能出于描述本发明的目的而描述组件或方法的每个可能的组合，但是本领域技术人员将认识到，本发明的许多进一步的组合和置换都是可能的。因此，本发明旨在包含落在所附权利要求书的精神和范围内的所有这样的更改、修改和变化。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种光槽扫描仪(10)，包括：
外壳(12)，支撑位于所述外壳(12)的内部区域(14)内的扫描装置；
所述扫描装置(22)包括设置在凹陷的隔间内的成像相机(26)和光源(24)，所述凹陷的隔间位于所述外壳(12)的内部区域(14)中；
所述成像相机(26)限定成像视场(40)以用于读取位于目标物体上的标记；以及
所述光源(24)限定照明场(42)以用于照明位于目标物体上的标记，其中，在位于目标物体上的标记的读取期间，当所述照明场(42)穿过位于所述外壳(12)中的出射窗口并进入扫描区域时，所述照明场(42)基本上包围整个成像视场(40)，其中，所述凹陷的隔间容纳所述光源(24)以使所述凹陷的隔间消除直接照明从由所述外壳(12)所支撑的所述出射窗口通过。
2.如权利要求1所述的光槽扫描仪(10)，其特征在于，所述成像视场(40)限定贯穿所述成像视场(40)的居中设置的成像光轴(44)，并且所述照明场(42)限定贯穿所述照明场(42)的居中设置的照明轴(46)，所述光槽扫描仪(10)进一步包括设置成使得所述居中设置的照明轴(46)关于所述居中设置的成像轴(44)为同轴地投射的所述扫描装置(22)。
3.如权利要求1所述的光槽扫描仪(10)，其特征在于，所述照明场(42)关于所述成像视场光轴(44)为同中心地设置的。
4.如权利要求1所述的光槽扫描仪(10)，其特征在于，所述外壳进一步包括位于所述内部区域(14)内的第一和第二折叠镜(36,38)以用于在操作期间引导所述照明场(42)和成像视场(40)。
5.如权利要求1所述的光槽扫描仪(10)，其特征在于，进一步包括设置在所述外壳(12)的所述内部区域(14)内的印刷电路板(28)，其中所述扫描装置(22)耦合至所述电路板(28)。
6.如权利要求5所述的光槽扫描仪(10)，其特征在于，所述成像相机(26)被设置成沿着所述印刷电路板(28)与所述光源(24)基本上毗邻。
7.如权利要求5所述的光槽扫描仪(10)，其特征在于，所述光源(24)耦合至目标检测传感器(92)以便在检测目标物体(102)时致动所述光源(24)。
8.如权利要求1所述的光槽扫描仪(10)，其特征在于，所述外壳(12)进一步包括位于所述内部区域(14)内的单个折叠镜以用于在操作期间引导所述照明场(42)和成像视场(40)，所述成像视场(40)是从基本水平或基本垂直的平面中的一个被投射出的。
9.一种操作光槽扫描仪(10)以对目标物体进行成像的方法，所述方法包括以下步骤：
将扫描装置(22)支撑在外壳(12)的内部区域(14)内，所述扫描装置(22)包括成像相机(26)和光源(24)；
利用所述成像相机(26)限定成像视场(40)以用于读取位于目标物体上的标记，所述成像视场(40)包括居中设置的成像轴(44)；
利用光源(24)限定照明场(42)以用于照明位于目标物体上的标记，所述照明场(42)包括居中设置的照明轴(46)；以及
将所述成像相机(26)和所述光源(24)设置在所述外壳(12)内以使所述居中设置的照明轴(46)关于所述居中设置的成像轴(44)为同轴设置的。
10.如权利要求9所述的操作光槽扫描仪(10)的方法，其特征在于，进一步包括将所述光源(24)定位在凹陷的隔间内以消除直接照明从由所述外壳(12)支撑的出射窗口通过的步骤。

Claims (22)

1.一种光槽扫描仪，包括：
外壳，支撑位于所述外壳的内部区域内的扫描装置；
所述扫描装置包括设置在凹陷的隔间内的成像相机和光源，所述凹陷的隔间位于所述外壳的内部区域中；
所述成像相机限定成像视场以用于读取位于目标物体上的标记；以及
所述光源限定照明场以用于照明位于目标物体上的标记，其中，在位于目标物体上的标记的读取期间，当所述照明场穿过位于所述外壳中的出射窗口并进入扫描区域时，所述照明场基本上包围整个成像视场。
2.如权利要求1所述的光槽扫描仪，其特征在于，所述成像视场限定贯穿所述成像视场的居中设置的成像光轴，并且所述照明场限定贯穿所述照明场的居中设置的照明轴，所述光槽扫描仪进一步包括设置成使得所述居中设置的照明轴关于所述居中设置的成像轴为同轴地投射的所述扫描装置。
3.如权利要求1所述的光槽扫描仪，其特征在于，所述照明场关于所述成像视场光轴为同中心地设置的。
4.如权利要求1所述的光槽扫描仪，其特征在于，所述凹陷的隔间容纳所述光源以使所述凹陷的隔间消除直接照明从由所述外壳所支撑的所述出射窗口通过。
5.如权利要求1所述的光槽扫描仪，其特征在于，所述外壳进一步包括位于所述内部区域内的第一和第二折叠镜以用于在操作期间引导所述照明场和成像视场。
6.如权利要求1所述的光槽扫描仪，其特征在于，进一步包括设置在所述外壳的所述内部区域内的印刷电路板，其中所述扫描装置耦合至所述电路板。
7.如权利要求6所述的光槽扫描仪，其特征在于，所述成像相机被设置成沿着所述印刷电路板与所述光源基本上毗邻。
8.如权利要求6所述的光槽扫描仪，其特征在于，所述光源耦合至目标检测传感器以便在检测目标物体时致动所述光源。
9.如权利要求1所述的光槽扫描仪，其特征在于，所述成像视场包括在所述成像视场的外围处的边缘成像光线，并且所述扫描装置是在所述内部外壳内被定向，从而使得所述边缘成像光线与所述出射窗口基本垂直以使由所述光源形成的镜面反射是在所述成像视场之外。
10.如权利要求9所述的光槽扫描仪，其特征在于，所述成像视场的边缘成像光线横向于所述出射窗口。
11.如权利要求1所述的光槽扫描仪，其特征在于，用于使所述成像视场和照明场从所述外壳的所述内部区域通过的所述出射窗口是相对于由所述扫描装置形成的取向面而横向取向的以使由所述光源形成的镜面反射是在所述成像视场之外。
12.如权利要求1所述的光槽扫描仪，其特征在于，所述外壳进一步包括位于所述内部区域内的单个折叠镜以用于在操作期间引导所述照明场和成像视场，所述成像视场是从基本水平或基本垂直的平面中的一个被投射出的。
13.一种光槽扫描仪，包括：
外壳，支撑扫描装置，所述外壳限定所述光槽扫描仪的内部区域；
所述扫描装置包括设置在外壳内部区域内的成像相机和光源，所述成像相机限定成像视场以用于读取位于目标物体上的标记，并且所述光源限定照明场以用于照明位于目标物体上的标记；以及
所述成像视场进一步限定贯穿所述成像视场的居中设置的成像光轴，且所述照明场进一步限定贯穿所述照明场的居中设置的照明轴，设置所述成像相机和所述光源以使所述居中设置的照明轴关于所述居中设置的成像轴为同轴地投射的。
14.如权利要求13所述的光槽扫描仪，其特征在于，所述外壳进一步包括凹陷的隔间，所述凹陷的隔间用于容纳所述光源以使所述凹陷的隔间消除直接照明从由所述外壳支撑的出射窗口通过。
15.如权利要求13所述的光槽扫描仪，其特征在于，所述外壳进一步包括位于所述外壳的所述内部区域内的第一和第二折叠镜以用于在操作期间引导所述照明场和成像视场。
16.如权利要求13所述的光槽扫描仪，其特征在于，进一步包括设置在所述外壳的所述内部区域内的印刷电路板，其中所述扫描装置耦合至所述电路板。
17.如权利要求16所述的光槽扫描仪，其特征在于，所述成像相机被设置成沿着所述印刷电路板与所述光源基本上毗邻。
18.如权利要求13所述的光槽扫描仪，其特征在于，进一步包括用于使所述成像和照明场从所述外壳通过的出射窗口，所述成像视场包括在所述成像视场的外围处的边缘成像光线；并且所述扫描装置是在所述内部外壳内被定向，从而使得所述边缘成像光线与所述出射窗口基本垂直以使由所述光源形成的镜面反射在所述成像视场之外。
19.如权利要求18所述的光槽扫描仪，其特征在于，所述成像视场进一步包括横向于所述出射窗口和边缘光线的中心轴。
20.一种操作光槽扫描仪以对目标物体进行成像的方法，所述方法包括以下步骤：
将扫描装置支撑在外壳的内部区域内，所述扫描装置包括成像相机和光源；
利用所述成像相机限定成像视场以用于读取位于目标物体上的标记，所述成像视场包括居中设置的成像轴；
利用光源限定照明场以用于照明位于目标物体上的标记，所述照明场包括居中设置的照明轴；以及
将所述成像相机和所述光源设置在所述外壳内以使所述居中设置的照明轴关于所述居中设置的成像轴为同轴设置的。
21.如权利要求21所述的操作光槽扫描仪的方法，其特征在于，进一步包括将所述光源定位在凹陷的隔间内以消除直接照明从由所述外壳支撑的出射窗口通过的步骤。
22.一种光槽扫描仪，包括：
外壳，支撑扫描装置，所述外壳限定所述光槽扫描仪的内部区域；
所述扫描装置包括设置在外壳内部区域内的成像相机和光源，所述成像相机限定成像视场以用于读取位于目标物体上的标记，并且所述光源限定照明场以用于照明位于目标物体上的标记；以及
目标检测传感器，所述目标检测传感器利用至少一个目标传感器光投射目标传感器视场以用于检测扫描区域内的目标物体以使得在检测目标物体时所述光源和成像相机被激活以用于对目标物体上的目标标记进行成像。
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