DE102015202863A1 - Verfahren und Vorrichtung zum verzerrungsfreien Anzeigen einer Fahrzeugumgebung eines Fahrzeuges - Google Patents

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Markus Friebe
Felix Löhr
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Conti Temic Microelectronic GmbH
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Abstract

Kamera-Surround-View-System für ein Fahrzeug mit mindestens einer Fahrzeugkamera, die Kamerabilder liefert, welche durch eine Datenverarbeitungseinheit zur Erzeugung eines Umgebungsbildes verarbeitet werden, das auf einer Anzeigeeinheit angezeigt wird, wobei die Datenverarbeitungseinheit Texturen, die von den Fahrzeugkameras erfasst werden, auf einer adaptiven der Fahrzeugumgebung ähnlichen Re-Projektionsfläche reprojiziert, die auf Basis von durch Fahrzeugsensoren bereitgestellten Sensordaten berechnet wird, wobei die Datenverarbeitungseinheit die Re-Projektionsfläche in Abhängigkeit von einer Position und Orientierung einer virtuellen Kamera anpasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum verzerrungsfreien Anzeigen einer Fahrzeugumgebung eines Fahrzeuges, insbesondere eines Straßenfahrzeuges, welches über ein Kamera-Surround-View-System verfügt.
  • Fahrzeuge werden zunehmend mit Fahrerassistenzsystemen ausgerüstet, welche den Fahrer bei der Durchführung von Fahrmanövern unterstützen. Diese Fahrerassistenzsysteme enthalten zum Teil Kamera-Surround-View-Systeme, die es erlauben, die Fahrzeugumgebung des Fahrzeuges dem Fahrer des Fahrzeuges anzuzeigen. Derartige Kamera-Surround-View-Systeme umfassen eine oder mehrere Fahrzeugkameras, welche Kamerabilder liefern, die durch eine Datenverarbeitungseinheit des Kamera-Surround-View-Systems zu einem Umgebungsbild der Fahrzeugumgebung zusammengefügt werden. Das Bild der Fahrzeugumgebung wird dabei auf einer Anzeigeeinheit angezeigt. Herkömmliche kamerabasierte Fahrerassistenzsysteme projizieren Texturinformationen des Kamerasystems auf einer statischen Projektionsfläche, beispielsweise auf einer statischen zweidimensionalen Grundfläche oder auf einer statischen dreidimensionalen Schalenfläche.
  • Derartige Systeme haben jedoch den gravierenden Nachteil, dass Objekte der Fahrzeugumgebung stark verzerrt angezeigt werden, da die Textur-Re-Projektionsfläche statisch ist und deshalb nicht der realen Umgebung des Kamerasystems entspricht bzw. dieser ähnlich ist. Dadurch können stark verzerrte Objekte angezeigt werden, die störende Artefakte bilden.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum verzerrungsfreien Anzeigen einer Fahrzeugumgebung eines Fahrzeuges zu schaffen, welches die Darstellung derartiger verzerrter Artefakte unterbindet, um Hindernisse in der Fahrzeugumgebung möglichst gut sichtbar und verzerrungsfrei darzustellen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kamera-Surround-View-System mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Die Erfindung schafft demnach gemäß einem ersten Aspekt ein Kamera-Surround-View-System für ein Fahrzeug, wobei das Kamera-Surround-View-System mindestens eine Fahrzeugkamera aufweist, die Kamerabilder liefert, welche durch eine Datenverarbeitungseinheit zur Erzeugung eines Surround-View-Bildes bzw. eines Umgebungsbildes verarbeitet werden, das auf einer Anzeigeeinheit angezeigt wird, wobei die Datenverarbeitungseinheit Texturen, die von den Fahrzeugkameras erfasst werden, auf einer adaptiven der Fahrzeugumgebung ähnlichen Re-Projektionsfläche re-projiziert, die auf Basis von durch Fahrzeugsensoren des Fahrzeuges bereitgestellten Sensordaten, berechnet wird, wobei die Datenverarbeitungseinheit die Re-Projektionsfläche in Abhängigkeit einer Position und/oder Orientierung einer virtuellen Kamera anpasst.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kamera-Surround-View-Systems stellen die von den Fahrzeugsensoren bereitgestellten Sensordaten die Fahrzeugumgebung des Fahrzeuges genau dar.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kamera-Surround-View-Systems umfassen die Sensordaten Parkabstandsdaten, Radardaten, Lidardaten, Kameradaten, Laserscandaten und/oder Bewegungsdaten.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kamera-Surround-View-Systems weist die adaptive Re-Projektionsfläche ein dynamisch veränderbares Gitter auf.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kamera-Surround-View-Systems ist das Gitter der Re-Projektionsfläche in Abhängigkeit der bereitgestellten Sensordaten dynamisch veränderbar.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kamera-Surround-View-Systems ist das Gitter der Re-Projektionsfläche ein dreidimensionales Gitter.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kamera-Surround-View-Systems ist die Anzeigeeinheit ein Touchscreen und die Position und/oder Orientierung der virtuellen Kamera ist über das Touchscreen durch einen Nutzer einstellbar.
  • Die Erfindung schafft ferner ein Fahrerassistenzsystem mit den in Patentanspruch 7 angegebenen Merkmalen.
  • Die Erfindung schafft demnach gemäß einem zweiten Aspekt ein Fahrerassistenzsystem mit einem darin integrierten Kamera-Surround-View-System, wobei dieses mindestens eine Fahrzeugkamera aufweist, die Kamerabilder liefert, welche durch eine Datenverarbeitungseinheit zur Erzeugung eines Surround-View-Bildes verarbeitet werden, das auf einer Anzeigeeinheit angezeigt wird, wobei die Datenverarbeitungseinheit Texturen, die von den Fahrzeugkameras des Fahrzeuges erfasst werden, auf einer adaptiven der Fahrzeugumgebung ähnlichen Re-Projektionsfläche re-projiziert, die auf Basis von durch Fahrzeugsensoren bereitgestellten Sensordaten berechnet wird.
  • Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum verzerrungsfreien Anzeigen einer Fahrzeugumgebung eines Fahrzeuges mit den in Patentanspruch 8 angegebenen Merkmalen.
  • Die Erfindung schafft demnach ein Verfahren zum verzerrungsfreien Anzeigen einer Fahrzeugumgebung eines Fahrzeuges mit den Schritten:
    Erzeugen von Kamerabildern der Fahrzeugumgebung durch Fahrzeugkameras des Fahrzeuges,
    Verarbeiten der erzeugten Kamerabilder zur Generierung eines Umgebungsbildes der Fahrzeugumgebung,
    Re-projizieren von Texturen, die von den Fahrzeugkameras erfasst werden, auf einer adaptiven der Fahrzeugumgebung ähnlichen Re-Projektionsfläche, die auf Basis von durch Fahrzeugsensoren bereitgestellten Sensordaten berechnet wird und Anpassen der Re-Projektionsfläche in Abhängigkeit einer Position und/oder Orientierung einer virtuellen Kamera, die ein Vogelperspektiven-Kamerabild des Fahrzeuges liefert.
  • Weitere mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Im Weiteren werden mögliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur verzerrungsfreien Anzeige einer Fahrzeugumgebung eines Fahrzeuges unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 ein Blockschaltbild zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kamera-Surround-View-Systems;
  • 2 ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum verzerrungsfreien Anzeigen einer Fahrzeugumgebung eines Fahrzeuges;
  • 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Kamera-Surround-View-Systems.
  • Wie man in 1 erkennen kann, weist das Kamera-Surround-View-System 1 bei dem dargestellten Beispiel mehrere Komponenten auf. Das Kamera-Surround-View-System 1 weist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mindestens eine Fahrzeugkamera 2 auf, die Kamerabilder liefert, welche durch eine Datenverarbeitungseinheit 3 des Kamera-Surround-View-Systems 1 zu einem Surround-View-Bild bzw. einem Umgebungsbild des Fahrzeuges verarbeitet werden. Die von der Datenverarbeitungseinheit 3 erzeugten Surround-View-Bilder bzw. Fahrzeugumgebungsbilder werden auf einer Anzeigeeinheit 4 angezeigt. Die Datenverarbeitungseinheit 3 berechnet auf Basis von Sensordaten, die von Fahrzeugsensoren 5 des Fahrzeuges bereitgestellt werden, eine adaptive Re-Projektionsfläche. Texturen, die von den Fahrzeugkameras 2 des Kamera-Surround-View-Systems 1 erfasst werden, werden auf dieser berechneten adaptiven der Fahrzeugumgebung ähnlichen Re-Projektionsfläche reprojiziert, wodurch Verzerrungen bzw. verzerrte Artefakte minimiert bzw. eliminiert werden.
  • Bei den in 1 dargestellten Sensoren 5 handelt es sich beispielsweise um Sensoren einer Parkabstandssteuerung bzw. Parkabstandsregelung. Weiterhin kann es sich bei den Sensoren des Fahrzeuges um Radarsensoren, Lidarsensoren handeln. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform werden die Sensordaten von weiteren Fahrzeugkameras 2, insbesondere einer Stereokamera oder einer Monokamera, zur Berechnung der adaptiven Re-Projektionsfläche geliefert. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform werden die Sensordaten durch ein Laserscansystem des Fahrzeuges bereitgestellt. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform werden auch Bewegungsdaten oder Strukturdaten zur Berechnung der Re-Projektionsfläche durch die Datenverarbeitungseinheit 3 herangezogen. Die von den Fahrzeugsensoren 5 bereitgestellten Sensordaten geben mit einer hohen Genauigkeit die Fahrzeugumgebung bzw. Objekte in der Fahrzeugumgebung wieder. Bei diesen Objekten handelt es sich beispielsweise um andere Fahrzeuge, die sich in der unmittelbaren Umgebung des Fahrzeuges, beispielsweise in einem Umkreis von bis zu fünf Metern, befinden. Weiterhin kann es sich bei diesen Objekten auch um Passanten handeln, die an dem Fahrzeug in unmittelbarer Nähe in einem Abstand von bis zu fünf Metern vorbeigehen. Bei den Objekten kann es sich auch um sonstige Hindernisse, wie beispielsweise Stangen zur Begrenzung einer Parkfläche handeln.
  • Die von der Datenverarbeitungseinheit 3 auf Basis der Sensordaten berechnete Re-Projektionsfläche weist vorzugsweise ein dynamisch veränderbares Gitter bzw. Mesh auf. Dieses Gitter der Re-Projektionsfläche wird bei einer möglichen Ausführungsform in Abhängigkeit der bereitgestellten Sensordaten dynamisch verändert. Das Gitter der Re-Projektionsfläche ist vorzugsweise ein dreidimensionales Gitter. Die durch die Datenverarbeitungseinheit 3 berechnete Re-Projektionsfläche ist nicht statisch, sondern dynamisch und adaptiv anpassbar an die momentanen Sensordaten, welche von den Fahrzeugsensoren 5 geliefert werden. Diese Fahrzeugsensoren 5 können bei einer möglichen Ausführungsform eine Monofrontkamera oder eine Stereokamera umfassen. Weiterhin können die Sensoreinheiten 5 ein Lidarsystem aufweisen, das Daten liefert oder ein Radarsystem, welches Radardaten der Umgebung an die Datenverarbeitungseinheit 3 überträgt. Die Datenverarbeitungseinheit 3 kann einen oder mehrere Mikroprozessoren enthalten, welche die Sensordaten verarbeitet und daraus eine Re-Projektionsfläche in Echtzeit berechnet. Texturen, die von den Fahrzeugkameras 2 erfasst werden, werden auf diese berechnete der Fahrzeugumgebung ähnliche Re-Projektionsfläche projiziert bzw. re-projiziert. Die Anzeige der Fahrzeugkameras 2 kann variieren. Bei einer möglichen Ausführungsform verfügt das Fahrzeug über vier Fahrzeugkameras 2 an vier unterschiedlichen Seiten des Fahrzeuges. Bei dem Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Straßenfahrzeug, insbesondere einen Lkw oder einen Pkw. Mit dem erfindungsgemäßen Kamera-Surround-View-System 1 werden die durch die Kamera 2 des Kamerasystems erfassten Texturen der Umgebung durch die adaptive Re-Projektionsfläche re-projiziert, um die oben genannten Artefakte zu reduzieren bzw. zu beseitigen. Durch das erfindungsgemäße Kamera-Surround-View-System 1 wird somit die Qualität der dargestellten Fahrzeugumgebung stark verbessert. Objekte in der Fahrzeugumgebung, beispielsweise andere in der Nähe geparkten Fahrzeuge oder in der Nähe befindliche Personen, erscheinen weniger verzerrt als bei Systemen, die eine statische Re-Projektionsoberfläche verwenden.
  • Die Datenverarbeitungseinheit 3 steuert eine virtuelle Kamera 6 wie sie in 3 dargestellt ist. Wie man aus der 3 erkennen kann liefert die virtuelle Kamera 6, die durch die Datenverarbeitungseinheit 3 angesteuert wird, Kamerabilder auf das Fahrzeug F aus einer Vogelperspektive. Bei einer Grundeinstellung ist die virtuelle Kamera 6 senkrecht mit einem Winkel von 90° und einer Höhe H über der Karosserie des Fahrzeuges F virtuell angeordnet. Das Kamerabild der virtuellen Kamera 6 kann aus Kamerabildern von Surround-View-Kameras, die an dem Fahrzeug F vorgesehen sind, durch die Datenverarbeitungseinheit 3 berechnet werden. Die virtuelle Kamera 6 besitzt eine Kameraorientierung relativ zu dem Fahrzeug F sowie eine Relativposition zu dem Fahrzeug F. Die Datenverarbeitungseinheit 3 des Kamera-Surround-View-System 1 passt die Re-Projektionsfläche in Abhängigkeit zu einer Position und Orientierung der virtuellen Kamera 6 an. Die Position und Orientierung der virtuellen Kamera 6 ist vorzugsweise einstellbar. Wie in 3 dargestellt, kann beispielsweise die virtuelle Kamera 6 ausgehend von ihrer vertikalen Position mit einem Winkel von 90° über der Fahrzeugkarosserie geneigt werden, wobei sie einen Neigungswinkel α von beispielsweise 45° einnimmt. Der Abstand beziehungsweise die Höhe der Fahrzeugkamera 6 bezüglich des Fahrzeuges F bleibt in dem in 3 dargestellten Beispiel konstant. Neben der Relativposition ist es zusätzlich möglich auch die Orientierung der Fahrzeugkamera 6 anzupassen. Bei einer möglichen Ausführungsform liest die Datenverarbeitungseinheit 3 die derzeitige Position und Orientierung der virtuellen Kamera 6 relativ zu dem Fahrzeug F aus einem Parameterspeicher der virtuellen Kamera 6 aus. Abhängig von den ausgelesenen Parametern der virtuellen Kamera 6 wird dann die adaptive Re-Projektionsfläche durch die Datenverarbeitungseinheit 3 eingestellt beziehungsweise angepasst, so dass auf der Anzeigeeinheit 4 möglichst viel Textur bzw. Kamerainformationen verzerrungsfrei dargestellt sind und gleichzeitig Hindernisse in der unmittelbaren Umgebung des Fahrzeuges F für den Fahrer des Fahrzeuges F leicht erkennbar sind. Bei einer möglichen Ausführungsform handelt es sich bei der Anzeigeeinheit 4 um ein Touchscreen. Ein Fahrer bzw. Nutzer des Fahrzeuges F kann bei einer möglichen Ausführungsform das Touchscreen berühren und dabei die Position und/oder Orientierung der virtuellen Kamera 6 einstellen bzw. justieren, um Hindernisse in der unmittelbaren Fahrzeugumgebung, beispielsweise Stangen,die eine begrenzte Parkfläche markieren, möglichst deutlich zu erkennen. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform ist es auch möglich den Abstand bzw. die Höhe der virtuellen Kamera 6 über dem beobachteten Fahrzeug F seitens des Nutzers einzustellen, um ein in der Fahrzeugumgebung befindliches Hindernis möglichst deutlich und detailliert zu erkennen. Ein Hindernis kann ein beliebiges Objekt sein, welches das Fahrzeug F beim umherfahren auf der Fahrbahnoberfläche hindert, beispielsweise ein Schneehaufen oder eine Stange zur Begrenzung einer Parkfläche. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum verzerrungsfreien Anzeigen einer Fahrzeugumgebung eines Fahrzeuges.
  • In einem ersten Schritt S1 werden Kamerabilder der Fahrzeugumgebung durch Fahrzeugkameras 2 des Fahrzeuges F erzeugt. Beispielsweise werden die Kamerabilder durch mehrere Fahrzeugkameras 2 erzeugt, die an verschiedenen Seiten des Fahrzeuges angebracht sind.
  • Die erzeugten Kamerabilder werden anschließend im Schritt S2 verarbeitet, um ein Umgebungsbild der Fahrzeugumgebung zu generieren. Bei einer möglichen Ausführungsform erfolgt die Verarbeitung der erzeugten Kamerabilder durch eine Datenverarbeitungseinheit 3, wie sie in 1 dargestellt ist. Die Kamerabilder werden vorzugsweise in Echtzeit verarbeitet, um ein entsprechendes Umgebungsbild zu generieren.
  • In einem weiteren Schritt S3 wird zunächst auf Basis von bereitgestellten Sensordaten eine Re-Projektionsfläche berechnet und anschließend Texturen, die von den Fahrzeugkameras erfasst werden, auf dieser adaptiven berechneten Re-Projektionsfläche re-projiziert. Die adaptive Re-Projektionsfläche weist ein dynamisch veränderbares Gitter auf, das in Abhängigkeit der bereitgestellten Sensordaten dynamisch verändert wird. Dieses Gitter ist vorzugsweise ein dreidimensionales Gitter.
  • In einem Schritt S4 wird die Re-Projektionsfläche durch die Datenverarbeitungseinheit 3 in Abhängigkeit einer Position und/oder Orientierung einer virtuellen Kamera 6, die ein Vogelperspektiven-Kamerabild des Fahrzeuges F von oben liefert, angepasst.
  • Das in 2 dargestellte Verfahren kann bei einer möglichen Ausführungsform durch ein Computerprogramm implementiert sein, welches Computerbefehle enthält, die durch einen Mikroprozessor ausgeführt werden können. Dieses Programm wird bei einer möglichen Ausführungsform auf einem Daten-Träger oder in einem Programmspeicher gespeichert.

Claims (15)

  1. Kamera-Surround-View-System (1) für ein Fahrzeug (F) mit mindestens einer Fahrzeugkamera (2), die Kamerabilder liefert, welche durch eine Datenverarbeitungseinheit (3) zur Erzeugung eines Umgebungsbildes verarbeitet werden, das auf einer Anzeigeeinheit (4) angezeigt wird, wobei die Datenverarbeitungseinheit (3) Texturen, die von den Fahrzeugkameras (2) erfasst werden, auf einer adaptiven der Fahrzeugumgebung ähnlichen Re-Projektionsfläche reprojiziert, die auf Basis von durch Fahrzeugsensoren (5) bereitgestellten Sensordaten berechnet wird, wobei die Datenverarbeitungseinheit (3) die Re-Projektionsfläche in Abhängigkeit von einer Position und Orientierung einer virtuellen Kamera (6) anpasst.
  2. Kamera-Surround-View-System nach Anspruch 1, wobei die von den Fahrzeugsensoren (5) bereitgestellten Sensordaten die Fahrzeugumgebung des Fahrzeuges (F) wiedergeben.
  3. Kamera-Surround-View-System nach Anspruch 2, wobei die Sensordaten Parkabstandsdaten, Radardaten, Lidardaten, Kameradaten, Laserscandaten und Bewegungsdaten aufweisen.
  4. Kamera-Surround-View-System nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei die berechnete adaptive Re-Projektionsfläche ein dynamisch veränderbares Gitter aufweist.
  5. Kamera-Surround-View-System nach Anspruch 4, wobei das Gitter der Re-Projektionsfläche ein dreidimensionales Gitter ist, das in Abhängigkeit der bereitgestellten Sensordaten dynamisch veränderbar ist.
  6. Kamera-Surround-View-System nach einen der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 5, wobei die Anzeigeeinheit (4) ein Touchscreen ist und die Position und Orientierung der virtuellen Kamera (6) durch einen Nutzer einstellbar ist.
  7. Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug mit einem Kamera-Surround-View-System (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6.
  8. Verfahren zum verzerrungsfreien Anzeigen einer Fahrzeugumgebung eines Fahrzeuges (F) mit den Schritten: (a) Erzeugen (S1) von Kamerabildern der Fahrzeugumgebung durch Fahrzeugkameras (2) des Fahrzeuges; (b) Verarbeiten (S2) der erzeugten Kamerabilder zur Generierung eines Umgebungsbildes der Fahrzeugumgebung; und (c) Re-projizieren (S3) von Texturen, die von den Fahrzeugkameras (2) erfasst werden, auf einer adaptiven der Fahrzeugumgebung ähnlichen Re-Projektionsfläche, die auf Basis von durch Fahrzeugsensoren (5) bereitgestellten Sensordaten berechnet wird, (d) Anpassen (S4) der Re-Projektionsfläche in Abhängigkeit einer Position und/oder Orientierung einer virtuellen Kamera (6), die ein Vogelperspektiven-Kamerabild des Fahrzeuges (F) liefert.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die von den Fahrzeugsensoren (5) bereitgestellten Sensordaten die Fahrzeugumgebung des Fahrzeuges (F) darstellen.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Sensordaten Parkabstandsdaten, Radardaten, Lidardaten, Kameradaten, Laserscandaten und Bewegungsdaten umfassen.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 8 bis 10, wobei die adaptive Re-Projektionsfläche ein dynamisch veränderbares Gitter aufweist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Gitter der Re-Projektionsfläche ein dreidimensionales Gitter ist, das in Abhängigkeit der bereitgestellten Sensordaten dynamisch verändert wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Position und Orientierung der virtuellen Kamera (6) durch einen Nutzer über eine Nutzerschnittstelle eingestellt werden.
  14. Computerprogramm mit Befehlen, welche das Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 8 bis 13 ausführt.
  15. Fahrzeug, insbesondere Straßenfahrzeug, mit einem Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 7.
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