CN106691476A - 基于眼动特征的图像认知心理分析系统 - Google Patents

基于眼动特征的图像认知心理分析系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于眼动特征的图像认知心理分析系统，包括：测验模块，用于提供启动竞争左右辨识测验条件，竞争情绪图像对点探测测验条件和竞争情绪图像对启动测验条件，以对测试者进行测验；眼动追踪模块，用于追踪测验过程中测试者的注视点随时间运动的轨迹，以生成轨迹数据；用户交互模块，用于记录轨迹数据；数据处理分析模块，用于根据轨迹数据获取多个眼动特征，以根据多个眼动特征得到图像认知心理分析结果。该系统可以通过测试者的眼动特征实现图像认知心理分析，不但普适性好、可操作性强，而且客观程度好，简单易实现。

Description

基于眼动特征的图像认知心理分析系统
技术领域
本发明涉及心理学技术领域，特别涉及一种基于眼动特征的图像认知心理分析系统。
背景技术
目前，确诊心理障碍的方法主要有如下两种：第一类是依靠医院心理科医生在晤谈、观察的基础上进行诊断和评估，但是主观性比较大，对心理医生的专业经验水平要求较高，并且心理医生对来访者自我陈述的真实性和客观性也常常难以控制；第二类是依靠文字形式的量表来进行分析，多数是通过让患者做上百道题目的方式来完成，但是存在非普适性(不认识字的人不能完成)的缺点，而且具有工作量大的问题，患者在答题疲劳状态下，其结果可能受到影响，不再客观有效。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关背景技术中的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种基于眼动特征的图像认知心理分析系统，该系统可以通过测试者的眼动特征实现图像认知心理分析。
为达到上述目的，本发明实施例提出了一种基于眼动特征的图像认知心理分析系统，包括：测验模块，用于提供启动竞争左右辨识测验条件，竞争情绪图像对点探测测验条件和竞争情绪图像对启动测验条件，以对测试者进行测验；眼动追踪模块，用于追踪测验过程中所述测试者的注视点随时间运动的轨迹，以生成轨迹数据；用户交互模块，用于记录所述轨迹数据；数据处理分析模块，用于根据所述轨迹数据获取多个眼动特征，以根据所述多个眼动特征得到图像认知心理分析结果。
本发明实施例的基于眼动特征的图像认知心理分析系统，通过对测试者进行启动竞争左右辨识测验、竞争情绪图像对点探测测验和竞争情绪图像对启动测验，从而根据测试者的眼动特征实现图像认知心理分析，不但普适性好、可操作性强，而且客观程度好，简单易实现。
另外，根据本发明上述实施例的基于眼动特征的图像认知心理分析系统还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述测验模块包括：第一测验模块，用于根据所述启动竞争左右辨识测验条件对所述测试者进行启动竞争左右辨识测验；第二测验模块，用于根据所述竞争情绪图像对点探测测验条件对所述测试者进行竞争情绪图像对点探测测验；第三测验模块，用于根据所述竞争情绪图像对启动测验条件对所述测试者进行竞争情绪图像对启动测验；图像库，用于提供所述测试过程中所需图像。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述所需图像包括环境图像和人脸图像中的一个或多个。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述环境图像包括正性环境图像和负性环境图像中的一个或多个。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述人脸图像包括正性人脸图像和负性人脸图像中的一个或多个。
进一步地，在本发明的一个实施例中，在对所述测试者进行启动竞争左右辨识测验中，显示所述环境图像，并且在预设时间后显示所述环境图像的左右随机一侧浮现所述人脸图像，使得所述测试者判断所述人脸图像的正负属性，以追踪所述注视点随时间运动的轨迹。
进一步地，在本发明的一个实施例中，在对所述测试者进行竞争情绪图像对点探测测验中，同时显示一幅所述正性环境图像和一幅所述负性环境图像，所述正性环境图像和所述负性环境图像对称地显示在屏幕的两侧，随机决定哪一幅图像出现在左方，预设时间后显示所述环境图像消失，在所述屏幕的左右随机一侧出现一个白色圆点，使得所述测试者判断所述白点出现的方位，以追踪所述注视点随时间运动的轨迹。
进一步地，在本发明的一个实施例中，在对所述测试者进行竞争情绪图像对启动测验中，同时显示一幅所述正性环境图像和一幅所述负性环境图像，所述正性环境图像和所述负性环境图像对称地显示在屏幕的两侧，随机决定哪一幅图像出现在左方，预设时间后显示所述环境图像消失，在屏幕的左右随机一侧出现一幅所述人脸图像，使得所述测试者判断所述人脸图像的正负属性，以追踪所述注视点随时间运动的轨迹。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述用户交互模块还用于记录所述测试者在所述测验过程中的判断结果。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述数据处理分析模块具体用于提取所述轨迹数据中包括眼动轨迹长度、注视集中点个数的所述多个眼动特征，并且进行数据统计。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的基于眼动特征的图像认知心理分析系统的结构示意图；
图2为根据本发明一个实施例的基于眼动特征的图像认知心理分析系统的结构示意图；
图3为根据本发明一个实施例的正性环境图像和负性环境图像的示意图；
图4为根据本发明一个实施例的正性人脸图像和负性人脸图像的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面在描述根据本发明实施例提出的基于眼动特征的图像认知心理分析系统之前，先来简单描述一下基于眼动特征的可行性。
一方面，已有的脑电图实验测试的结果表明：人脸的表情识别有其自己的大脑皮层区域，对人脸身份识别有障碍的患者仍可以识别表情，人类表情情绪识别的能力与人的年龄大小和所受的教育无关，小婴儿都具备根据表情识别情绪的能力。因此，可以选用情绪人脸图像作为目标，研究情绪场景与情绪人脸的互相作用关系，建立心理图像模型对带有情绪的图像进行客观表达。
另一方面，大多现有的自动心理学测试系统依赖于用户的反馈数据，例如按键反应时等，这些反馈数据事实上会受到用户的年龄、身体状况等个人情况的影响，各种身体接触性的测试也使得用户有一定程度的情绪抵触，使得测试结果的可靠性降低。寻找更加客观和简便易行的心理障碍的临床诊断和治疗方法，对于掌握人类在图像认知过程中的心理学因素的影响有着重要的意义。
本发明正是基于上述问题，而提出了一种基于眼动特征的图像认知心理分析系统。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于眼动特征的图像认知心理分析系统。
图1是本发明实施例的基于眼动特征的图像认知心理分析系统的结构示意图。
如图1所示，该基于眼动特征的图像认知心理分析系10包括：测验模块100、眼动追踪模块200、用户交互模块300和数据处理分析模块400。
其中，测验模块100用于提供启动竞争左右辨识测验条件，竞争情绪图像对点探测测验条件和竞争情绪图像对启动测验条件，以对测试者进行测验。眼动追踪模块200用于追踪测验过程中所述测试者的注视点随时间运动的轨迹，以生成轨迹数据。用户交互模块300用于记录所述轨迹数据。数据处理分析模块400用于根据所述轨迹数据获取多个眼动特征，以根据所述多个眼动特征得到图像认知心理分析结果。该系统10可以通过测试者的眼动特征实现图像认知心理分析，不但普适性好、可操作性强，而且客观程度好，简单易实现。
进一步地，在本发明的一个实施例中，如图2所示，测验模块100包括：第一测验模块101、第二测验模块102、第三测验模块103和图像库104。
其中，第一测验模块101用于根据启动竞争左右辨识测验条件对测试者进行启动竞争左右辨识测验。第二测验模块102用于根据竞争情绪图像对点探测测验条件对测试者进行竞争情绪图像对点探测测验。第三测验模块103用于根据竞争情绪图像对启动测验条件对测试者进行竞争情绪图像对启动测验。图像库104用于提供测试过程中所需图像。
可以理解的是，第一测验模块101用于启动竞争左右辨识测验，第二测验模块102用于竞争情绪图像对点探测测验，第三测验模块103用于竞争情绪图像对启动测验，而图像库104与第一测验模块101、第二测验模块102和第三测验模块103相连，以用于提供测验所需要的图像。
进一步地，眼动追踪模块200分别与第一测验模块101、第二测验模块102和第三测验模块103相连，眼动追踪模块200用于追踪测验过程中测试者的注视点随时间运动的轨迹。测试者交互模块300分别与第一测验模块101、第二测验模块102和第三测验模块103以及眼动追踪模块200相连，测试者交互模块300用于记录测验过程中测试者的注视点随时间运动的轨迹数据。数据处理分析模块400与测试者交互模块300相连，用于对记录到的测试者的注视点随时间运动的轨迹数据进行处理，获得不同的注视点运动特征，并得到分析结果。
可选地，在本发明的一个实施例中，所需图像可以包括环境图像和人脸图像中的一个或多个，如图3所示，环境图像包括正性环境图像和负性环境图像中的一个或多个，如图4所示，人脸图像可以包括正性人脸图像和负性人脸图像中的一个或多个，在此不作具体限制。
进一步地，在本发明的一个实施例中，在对测试者进行启动竞争左右辨识测验中，显示环境图像，并且在预设时间后显示环境图像的左右随机一侧浮现人脸图像，使得测试者判断人脸图像的正负属性，以追踪注视点随时间运动的轨迹。
也就是说，启动竞争左右辨识测验为：首先显示所述环境图像，显示预设时间后所述环境图像的左右随机一侧浮现所述人脸图像，让测试者判断所述人脸图像的正负属性，追踪测试者的注视点随时间运动情况。需要说明的是，预设时间可以根据实际情况进行设置。
进一步地，在本发明的一个实施例中，在对测试者进行竞争情绪图像对点探测测验中，同时显示一幅正性环境图像和一幅负性环境图像，正性环境图像和负性环境图像对称地显示在屏幕的两侧，随机决定哪一幅图像出现在左方，预设时间后显示环境图像消失，在屏幕的左右随机一侧出现一个白色圆点，使得测试者判断白点出现的方位，以追踪注视点随时间运动的轨迹。
也就是说，竞争情绪图像对点探测测验为：首先同时显示一幅所述正性环境图像和一幅所述负性环境图像，两幅图像对称地显示在屏幕的两侧，随机决定哪一幅图像出现在左方，显示预设时间后所述环境图像消失，在屏幕的左右随机一侧出现一个白色圆点，让测试者判断白点出现的方位，追踪测试者的注视点随时间运动情况。
进一步地，在本发明的一个实施例中，在对测试者进行竞争情绪图像对启动测验中，同时显示一幅正性环境图像和一幅负性环境图像，正性环境图像和负性环境图像对称地显示在屏幕的两侧，随机决定哪一幅图像出现在左方，预设时间后显示环境图像消失，在屏幕的左右随机一侧出现一幅人脸图像，使得测试者判断人脸图像的正负属性，以追踪注视点随时间运动的轨迹。
也就是说，竞争情绪图像对启动测验为：首先同时显示一幅所述正性环境图像和一幅所述负性环境图像，两幅图像对称地显示在屏幕的两侧，随机决定哪一幅图像出现在左方，显示预设时间后所述环境图像消失，在屏幕的左右随机一侧出现一幅所述人脸图像，让测试者判断所述人脸图像的正负属性，追踪测试者的注视点随时间运动情况。
其中，追踪的方式可以有很多种，如利用近红外摄像头以及结构光对测试者的眼球加以定位，并在此基础上实时地计算出测试者在屏幕上的注视点，在此不做具体限制。
进一步地，在本发明的一个实施例中，用户交互模块300还用于记录测试者在测验过程中的判断结果，即在测试者参加第一测验模块101、第二测验模块102和第三测验模块103的过程中，实时地记录测试者的判断结果以及测试者的注视点运动情况数据。
进一步地，在本发明的一个实施例中，数据处理分析模块400具体用于提取轨迹数据中包括眼动轨迹长度、注视集中点个数的多个眼动特征，并且进行数据统计，即提取了包括眼动轨迹长度、注视集中点个数的眼动特征，如采用SPSS(Statistical Product andService Solutions，统计产品与服务解决方案)软件中的ANOVA(Analysis of Variance，方差分析)方差分析、t-检验、样本聚类方法以及SVM(Support Vector Machine，支持向量机)方法进行数据统计。
在本发明的实施例中，本发明实施例的系统10至少具有如下优点：
1当目标刺激出现之前给被试者呈现带有情绪信息的刺激物，会影响被试者对随后呈现的目标刺激的反应时间和注视点运动轨迹情况。由于该类测验方法相对于受试者对情绪图像的主观认识结果更注重于受试者的注视点运动情况等生理特征，且该类生理特征受受试者年龄、身体状况影响较小，测验结果更具有客观性。
2测试对象无年龄限制(可用于不识字的幼儿)、无文化水平限制，无国籍差别，适用范围广。
3系统结构简单，硬件成本低，易于实现。
具体而言，本发明实施例的核心思想是将图像认知和心理学测试方法结合在一起，使心理特征成为一种可实时自动获取、可定量描述、可由计算机自动分析的本质特征，有效地解决目前已有生物特征未解决的人的行为偏向性预测问题。区别于已有的基于反应时的心理学测试方法，本发明实施例采用测试者在测验过程中的眼动特征作为生理学特征，使得测试结果更加客观，也减轻了被试者在测验过程中的负担和压力。具体测验包括了启动竞争左右辨识测验、情绪图像间的竞争测验、情绪图像间的竞争及启动测验三个基于眼动特征的测验。所获取的反应时间特征具有稳定、可量化的特点。通过对注视点运动轨迹数据的分析，得到最终的心理特征，为心理障碍的初步诊断提供理论依据和测试方法。在进一步的工作中可以基于提取的心理特征对恐怖分子的恐怖活动、危险人群的非理性或非法活动做出预警，为公共卫生和公共安全提供服务。
例如，启动竞争左右辨识测验为：首先显示所述环境图像，显示预设时间后所述环境图像的左右随机一侧浮现所述人脸图像，让测试者判断所述人脸图像的正负属性，追踪测试者的注视点随时间运动情况。具体地，环境图像与人脸图像的正负属性组合可以为“正-正”“正-负”“负-正”“负-负”四种。启动竞争左右辨识测验中一般每种属性组合都测试多次，得到一系列的注视点轨迹数据，后续再对注视点轨迹数据进行处理分析。
又例如，竞争情绪图像对点探测测验为：首先同时显示一幅所述正性环境图像和一幅所述负性环境图像，两幅图像对称地显示在屏幕的两侧，随机决定哪一幅图像出现在左方，显示预设时间后所述环境图像消失，在屏幕的左右随机一侧出现一个白色圆点，让测试者判断白点出现的方位，追踪测试者的注视点随时间运动情况。
又例如，竞争情绪图像对启动测验为：首先同时显示一幅所述正性环境图像和一幅所述负性环境图像，两幅图像对称地显示在屏幕的两侧，随机决定哪一幅图像出现在左方，显示预设时间后所述环境图像消失，在屏幕的左右随机一侧出现一幅所述人脸图像，让测试者判断所述人脸图像的正负属性，追踪测试者的注视点随时间运动情况。同样地，环境图像与人脸图像的正负属性组合有四种，每种属性组合都测试多次。情绪图像间的竞争及启动测验可以看成前面两个测验的综合。
需要说明的是，测验模块的本质可以理解为它主要是一段程序，用于实现将图像库中的环境图像和人脸图像按照测验的需求进行提取、合成、显示，以及结合眼动追踪模块完成注视点运动情况采集等等，从而眼动追踪模块200利用近红外摄像头以及结构光对测试者的眼球加以定位，并在此基础上实时地计算出测试者在屏幕上的注视点，例如通过眼动仪类产品即可满足要求。
最后，数据处理分析模块400提取了包括眼动轨迹长度、注视集中点个数的眼动特征，采用SPSS软件中的ANOVA方差分析、t-检验、样本聚类方法以及SVM(支持向量机)方法进行数据统计。具体地，ANOVA方差分析、t-检验用于对指标显著性的评定，样本聚类方法用作对数据的处理，SVM(支持向量机)方法用于对人群的诊断及分类。眼动轨迹长度以每个单独测验为周期分别进行计算，注视集中点则以注意集中时间达到75ms为基准进行统计。
进一步地，还可以将环境图像更细致地划分为正性环境图像、中性环境图像和负性环境图像，并将人脸图像更细致地划分为正性人脸图像、中性人脸图像和负性人脸图像。其属性组合则有3×3＝9种。其分类方式和数据处理分析的过程更为复杂，但规律不变。
为使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合本发明实施例的图像认知心理分析系统10在行为测验心理学中的注意偏向测试的应用来进一步阐述，该测验结果表明本发明的系统在患者群体得到了较好的测试结果。
注意偏向理论认为：由于情绪信息吸引了受试者的注意力，当目标刺激出现之前给被试者呈现带有情绪信息的刺激物，会影响被试者对随后呈现的目标刺激的反应时间。因此，根据临床试验通常归纳有如下规律：
正常人群在全部测验组中，相较心理障碍人群，具有如下规律：心理障碍人群的注视点运动轨迹较长，注视集中点数目较多，在不同统计下的这两项指标大多在95％意义下两类人群有显著差别。
有了上述的规律设定，在具体诊断过程中，可以在系统的数据处理分析模块中预先输入一些规律的数学模型作为参照数据。然后测试被试者在三项测验中的反应时间数据，结合参照数据，可以判断被试者是否具有心理障碍。
根据本发明实施例的基于眼动特征的图像认知心理分析系统，通过对测试者进行启动竞争左右辨识测验、竞争情绪图像对点探测测验和竞争情绪图像对启动测验，从而根据测试者的眼动特征实现图像认知心理分析，不但普适性好、可操作性强，而且客观程度好，简单易实现。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种基于眼动特征的图像认知心理分析系统，其特征在于，包括：
测验模块，用于提供启动竞争左右辨识测验条件，竞争情绪图像对点探测测验条件和竞争情绪图像对启动测验条件，以对测试者进行测验；
眼动追踪模块，用于追踪测验过程中所述测试者的注视点随时间运动的轨迹，以生成轨迹数据；
用户交互模块，用于记录所述轨迹数据；以及
数据处理分析模块，用于根据所述轨迹数据获取多个眼动特征，以根据所述多个眼动特征得到图像认知心理分析结果。
2.根据权利要求1所述的基于眼动特征的图像认知心理分析系统，其特征在于，所述测验模块包括：
第一测验模块，用于根据所述启动竞争左右辨识测验条件对所述测试者进行启动竞争左右辨识测验；
第二测验模块，用于根据所述竞争情绪图像对点探测测验条件对所述测试者进行竞争情绪图像对点探测测验；
第三测验模块，用于根据所述竞争情绪图像对启动测验条件对所述测试者进行竞争情绪图像对启动测验；以及
图像库，用于提供所述测试过程中所需图像。
3.根据权利要求2所述的基于眼动特征的图像认知心理分析系统，其特征在于，所述所需图像包括环境图像和人脸图像中的一个或多个。
4.根据权利要求3所述的基于眼动特征的图像认知心理分析系统，其特征在于，所述环境图像包括正性环境图像和负性环境图像中的一个或多个。
5.根据权利要求4所述的基于眼动特征的图像认知心理分析系统，其特征在于，所述人脸图像包括正性人脸图像和负性人脸图像中的一个或多个。
6.根据权利要求3所述的基于眼动特征的图像认知心理分析系统，其特征在于，在对所述测试者进行启动竞争左右辨识测验中，显示所述环境图像，并且在预设时间后显示所述环境图像的左右随机一侧浮现所述人脸图像，使得所述测试者判断所述人脸图像的正负属性，以追踪所述注视点随时间运动的轨迹。
7.根据权利要求4所述的基于眼动特征的图像认知心理分析系统，其特征在于，在对所述测试者进行竞争情绪图像对点探测测验中，同时显示一幅所述正性环境图像和一幅所述负性环境图像，所述正性环境图像和所述负性环境图像对称地显示在屏幕的两侧，随机决定哪一幅图像出现在左方，预设时间后显示所述环境图像消失，在所述屏幕的左右随机一侧出现一个白色圆点，使得所述测试者判断所述白点出现的方位，以追踪所述注视点随时间运动的轨迹。
8.根据权利要求5所述的基于眼动特征的图像认知心理分析系统，其特征在于，在对所述测试者进行竞争情绪图像对启动测验中，同时显示一幅所述正性环境图像和一幅所述负性环境图像，所述正性环境图像和所述负性环境图像对称地显示在屏幕的两侧，随机决定哪一幅图像出现在左方，预设时间后显示所述环境图像消失，在屏幕的左右随机一侧出现一幅所述人脸图像，使得所述测试者判断所述人脸图像的正负属性，以追踪所述注视点随时间运动的轨迹。
9.根据权利要求1-8任一项所述的基于眼动特征的图像认知心理分析系统，其特征在于，所述用户交互模块还用于记录所述测试者在所述测验过程中的判断结果。
10.根据权利要求9所述的基于眼动特征的图像认知心理分析系统，其特征在于，所述数据处理分析模块具体用于提取所述轨迹数据中包括眼动轨迹长度、注视集中点个数的所述多个眼动特征，并且进行数据统计。
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