DE1088745B - Verfahren und Einrichtung zur automatischen Zeichenerkennung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahreil zur automatischen Erkennung von Zeichen, insbesondere Schriftzeichen, und auf Einrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die zu erkennenden Zeichen liegen meist als geschwärzte Linienzüge auf dem helleren Untergrund des Zeichenträgers vor. Beleuchtet man den Zeichenträger, so wird von den geschwärzten Linienzügen bedeutend weniger Licht zurückgestrahlt als von dem helleren Untergrund. Diese Tatsache wird bei einigen bekannten Verfahren zur automatischen Zeichenerkennung ausgenutzt.

In einem dieser Verfahren wird die Fläche des Zeichenträgers punktweise durch den Leuchtfleck einer Kathodenstrahlröhre abgetastet, indem der Leuchtfleck über eine geeignete Optik auf dem Zeichenträger abgebildet wird. Die Erfassung des gesamten Zeichenträgers erfolgt dadurch, daß der Leuchtfleck in einer Dimension ständig hin und her bewegt und der Zeichenträger senkrecht zu dieser Dimension kontinuierlich transportiert wird. Ein Teil des von dem Zeichenträger diffus zurückgestrahlten Lichtes wird von einem Fotowandler empfangen. In dem Fotowandler entsteht durch das auffallende Licht ein Strom entsprechender Amplitude. Dieser Strom wird einem Amplitudendiskriminator zugeführt, an dessen Ausgang ζ. B. nur dann ein Signal entsteht, wen der gerade abgetastete Punkt geschwärzt ist. Der Ausgang des Amplitudendiskriminators wird nun im Rhythmus eines Taktgebers abgefragt. Das Ergebnis dieser Abfrage wird in jedem Takt in einer anderen Zelle eines elektrischen Speichers aufgezeichnet.

In einem zweiten bekannten Verfahren wird der Zeichenträger flächenhaft beleuchtet. Über eine geeignete Optik wird ein schmaler Streifen des Zeichenträgers auf eine Fotowandlerreihe abgebildet. Der einzelne Streifen des Zeichenträgers wird in diesem Verfahren also parallel abgetastet. Die Abtastung des gesamten Zeichenträgers erfolgt wiederum durch kontinuierliche Bewegung des Zeichenträgers senkrecht zur Richtung der Fotowandlerreihe. Die Ausgangssignale der Fotowandler sind davon abhängig, ob der augenblicklich auf ihnen abgebildete Bereich des Zeichenträgers geschwärzt oder hell ist. Die weitere Auswertung der Fotowandlersignale erfolgt wie im ersten Verfahren, wobei allerdings die Abfragefrequenz der nachgeschalteten Amplitudendiskriminatoren bedeutend herabgesetzt werden kann. Da einerseits die den Fotowandler angebotene Lichtenergie nicht sehr groß und die spektrale Verteilung der Lichtenergie von der Lichtquelle abhängig ist, und andererseits sich die verschiedenen Fotowandlertypen durch das Maximum ihrer spektralen Empfindlichkeit unterscheiden, wurde vorgeschlagen, den Verfahren und Einrichtung
zur automatischen Zeichenerkennung

Anmelder:

Standart Elektrik Lorenz

Aktiengesellschaft,
ίο Stuttgart-Zuffenhausen,

Hellmuth-Hirth-Str. 42

Dipl.-Phys. Waldemar Schutt, Stuttgart-Weil im Dorf, ist als Erfinder genannt worden

Spektralbereich der Lichtquelle und der Fotozellen so aufeinander abzustimmen, daß die nicht geschwärzten Stellen des Zeichenträgers einen möglichst großen Fotostrom in den Fotowandler hervorrufen.

Es wurde bereits oben erwähnt, daß die Abtastsignale der Fotowandler in einem elektrischen Speicher festgehalten werden. Die an diesem Speicher angeschlossene Auswerteschaltung ist so ausgelegt, daß die einzelnen Zeichen nur dann erkannt werden, wenn jeweils nur in ganz bestimmten Speicherzellen »Schwarzsignale« gespeichert sind. Dieses läßt sich bei der Abtastung nicht immer von vornherein erreichen. Bei den bekannten Verfahren wird deshalb das Zeichen nach seiner vollständigen Einspeicherung in dem Speicher verschoben und auf die zugeordneten Speicherzellen zentriert. Diese nachträgliche Zentrierung ist beispielsweise dann notwendig, wenn innerhalb einer Zeile Verschiebungen vorliegen, z. B. 2^45,

statt 2345 oder wenn eine ganze Zeile schräg verläuft, ζ. Β. Εκ

Ein weiteres Problem bei der Zeichenerkennung ist die Berücksichtigung der unterschiedlichen Zeichengröße. Entweder muß man für jede Zeichengröße eine besondere Erkennungsschaltung vorsehen oder aber die Abtastung an die Zeichengröße anpassen, z. B. durch Änderung der Frequenz des Taktgebers. Letzteres ist aber nur dann möglich, wenn zu Beginn der Abtastung des Zeichens entsprechende Steuerkriterien zur Verfügung stehen.

Ein drittes Problem ist die Berücksichtigung der Kontraständerung, wenn beispielsweise der Untergrund Flecken aufweist oder die Zeichen unterschiedlich stark geschwärzt sind. In diesen Fällen muß 'die

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durch den Amplitudendiskriminator gegebene Schwelle zur Unterscheidung zwischen »schwarzen« und »weißen« Punkten verändert werden.

Diese Probleme lassen sich dann schon bei der Abtastung zur Erkennung der Zeichen berücksichtigen, wenn man die Zeichengröße und Zeichenlage sowie den Kontrast zunächst in einer sogenannten Vorabtastung ermittelt hat.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das eine Verbindung zwischen Vorabtastung und Erkennungsabtastung gestattet.

Das neue Verfahren, bei dem in bekanter Weise die Zeichen lichtelektrisch abgetastet und die Helligkeitssprünge bei der Abtastung in geeigneten Schaltungen ausgewertet werden, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichent, daß das Zeichenfeld mindestens zweimal mit Licht verschiedener, voneinander getrennter Spektralbereiche gleichzeitig oder nacheinander abgetastet wird und daß die Abtastung in dem einen Spektralbereich (Vorabtastung) zur bekannten Zentrierung und/oder Größenbestimmung des abgetasteten Zeichens und die Abtastung in dem anderen Spektralbereich (Hauptabtastung) zur Zeichenerkennung nach irgendeinem bekannten Verfahren verwendet wird.

Die Größenbestimmung der abzutastenden Zeichen erfolgt derart, daß mittels der Vorabtastung die Größe des Zeichens durch Feststellung der auf es entfallenden Abtastzeilen ermittelt wird und entsprechend der ermittelten Anzahl der Abtastzeile Steuersignale abgeleitet werden, welche die Hauptabtastung in der Weise beeinflussen, daß alle Zeichen stets mit der gleichen Zeilenzahl (gleiche Auflösung) abgetastet v/erden.

Dieses Verfahren bietet den Vorteil, daß man für die Vor- und Hauptabtastung verschiedene der bekannten Abtastverfahren verwenden kann. Besonders zweckmäßig ist es, für die Vorabtastung das Verfahren mit der parallelen Abtastung eines Streifens des Zeichenträgers durch eine Fotowandlerreihe für die Hauptabtastung die punktweise Abtastung des Zeichenträgers anzuwenden. Das Verfahren gemäß der Erfindung bietet außerdem die Möglichkeit, während der Hauptabtastung des einen Zeichenfeldes bereits das nächstfolgende Zeichenfeld vor abzutasten.

Mit Hilfe dieses Verfahrens kann man auch leicht farbige Zeichenträger nach ihrer Farbe sortieren oder bei farbigen Zeichen einen durch die Farbe festgelegten Bedeutungsinhalt, z. B. blaue Ziffern gleich positiver Betrag, rote Ziffern gleich negativer Betrag, auswerten.

Bei entsprechender Einstellung und Abschirmung der Lichtquellen kann man zur Vor- und Hauptabtastung die gleichen Spektralbereiche verwenden und dann beispielsweise in einem Abtastdurchlauf die Farbe des Zeichenträgers in der Vorabtastung, die Farbe der Zeichen bei der Hauptabtastung zusätzlich auswerten.

An Hand der Fig. 1 bis 4 werden nun Beispiele für besonders zweckmäßige Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens beschrieben. Hierbei ist die Bezeichnung »rot« und »blau« nur als Kurzbezeichnung für zwei getrennte, sonst aber beliebige Spektralbereiche gewählt. Es zeigt

Fig. 1 eine Einrichtung, in der die Vorabtastung mit Hilfe einer Fotowandlerreihe, die Erkennungsabtastung mit Hilfe der Lichtpunktabtastung erfolgt,

Fig. 2 eine Schaltung zur Auswertung der Vorabt,astung,

Fig. 3 eine Einrichtung, in der die Vorabtastung und die Erkennungsabtastung mit Hilfe verschiedenfarbiger Lichtpunktabtastungen erfolgt,

Fig. 4 eine Schaltung zur Auswertung des Farb-Inhalts der Zeichenträger und/oder Zeichen.

Die Anordnung in Fig. 1 besteht aus einer Kathodenstrahlröhre K, die »blaues« Licht abstrahlt, einer Anzahl »rot«-empfindlicher Fotowandler F, die in der Ebene des Schirmes der Kathodenstrahlröhre

ίο Hegen, aus einer Abbildungsoptik O, einer »roten« Lichtquelle Li mit vorgesetztem Kondensor Ko und einem »blaue-empfindlichen Fotomultiplier FM sowie dem kontinuierlich bewegten Zeichenträger T mit den abzutastenden Zeichen Z. Der Zeichenträger T wird

J-5 von der »roten« Lichtquelle Li flächenhaft beleuchtet. Die »rote« Lichtquelle Li ist so abgeschirmt, daß kein direktes Streulicht zu den Fotowandlern F gelangt. Der Kondensor Ko sorgt für eine gleichmäßige Ausleuchtung des Zeichenträgers T. Ein bestimmter Streifen des Zeichenträgers T wird nun durch die Abbildungsoptik 0 vergrößert auf die »rotx-empfindliche Fotowandlerreihe F abgebildet. Das Ausgangssignal dieser Fotowandler ist abhängig von dem augenblicklich empfangenen »roten« Lichtstrom. Durch die Bewegung des Zeichenträgers T senkrecht zur Richtung der Fotowandlerreihe F wird nacheinander der ganze Zeichenträger T von den Fotowandlern abgetastet.

Gleichzeitig wird der Kathodenstrahl eindimensional parallel zur Richtung der Fotowandlerreihe F stufenweise ausgelenkt. Diese Lichtpunktfolge, deren Strahlungsmaximum im »blauen« Wellenlängenbereich liegt, wird durch die Abbildungsoptik 0 verkleinert auf einen Streifen des Zeichenträgers abgebildet. Ein Teil des von diesem Streifen diffus zurückgestrahlten »blauen« Lichtes wird von dem »blau«-empfindlichen Fotomultiplier FM empfangen. Zur sicheren Trennung des »blauen« und »roten« Lichtes und zur besseren Fixierung der Empfindlichkeitsbereiche kann man vor die Fotowandler F und FM noch geeignete Filter vorsetzen.

Die Fotowandlerreihe F und der Ort der Lichtpunkte auf der Kathodenstrahlröhre sind so zueinander angeordnet, daß ihre von der Abbildungsoptik 0 auf den Zeichenträger T geworfenen Bilder untereinander etwa den Abstand einer Zeichenbreite haben und daß die einzelnen Zeichen Z zuerst von der Fotowandlerreihe F abgetastet werden. Die Abtastergebnisse der Fotowandlerreihe werden dann in einer Steuerschaltung in Steuerbefehle für die Auslenkung und Fokussierung zur Regelung des Lichtpunktdurchmessers des Kathodenstrahles umgewandelt, um die Lichtpunktabtastung auf das Zeichen zu zentrieren. Fig. 2 zeigt eine solche Steuerschaltung. Im Rhythmus des Taktgenerators G werden über die Und-Schaltungen CZ₁ bis U_n die Ausgangssignale der Amplitudendiskriminatoren AD₁ bis AD_n abgefragt, die nur dann auftreten, wenn auf die zugehörigen Fotowandler geschwärzte Zeichenteile abgebildet werden. Diese Signale werden dann den Speicherzellen Sp₁ bis

Sp_n zugeleitet, die zuerst alle nicht markiert sind. Gibt bei der Abfrage ein Amplitudendiskriminator ein Signal ab, so wird der entsprechende Speicher markiert und verbleibt in dieser Stellung, bis am Ende der Abtastung der einzelnen Zeichen jeweils sämtliche Speicher zurückgestellt werden.

Die Steuerschaltung besitzt drei Widerstandsketten, die als Meßschaltung für die Höhe, Breite und Lage des Zeichens dienen. Diese Widerstandsketten weisen einen besonderen Meßwiderstand auf, an dem als Kriterium für die Höhe, Breite bzw. Lage eine bestimmte

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Spannung abgegriffen wird. Die übrigen Widerstände können einzeln oder in Gruppen jeweils durch einen Schalter kurzgeschlossen werden.

In der Meßschaltung für die Zeichenhöhe kann jeder der Widerstände RH₁ bis RH_n einzeln überbrückt werden. Die Schalter SH₁ bis SH_n werden geschlossen, wenn die entsprechenden Speicherzellen Sp₁ bis Sp_n belegt werden. Nach der Abtastung eines Zeichens tritt also an dem Meßwiderstand RH ein zur Zeichenhöhe proportionaler Spanungsabfall V_n auf.

In der Meßschaltung für die Zeichenlage wird durch jeden Schalter 6"F₁ bis SY_n eine bestimmte Gruppe der Widerstände RY₁ bis RY_n kurzgeschlossen; und zwar durch den Schalter SY₁ der Widerstand RY₁, durch den Schalter SY₂ die Widerstände RY₁ und RY₂, durch den Schalter SY_S die Widerstände RY₁, RY₂ und RY₃ usw. Am Ende der Abtastung tritt an dem Meßwiderstand RY ein Spannungsabfall V_v auf, der zur Lage des Zeichens in der F-Richtung proportional ist.

Zur Messung der Zeichenbreite werden die Ausgänge der Und-Schaltungen U₁ bis U_n in einer Oder-Schaltung Od zusammengefaßt. Der Ausgang dieser Oder-Schaltung ist mit einem Zähler Z zusammengeschaltet, der durch die Taktimpulse weitergeschaltet wird. Solange der Ausgang der Oder-Schaltung belegt ist, wird bei jedem Taktimpuls über den Zähler Z einer der Schalter SB₁ bis SB₁, geschlossen, der einerseits den ihm zugeordneten der Widerstände RB₁ bis RB_V der Meßschaltung für die Zeichenbreite über- 3<? brückt.

Sobald der Ausgang der Oder-Schaltung Od nicht mehr belegt ist, wird auf die Verzögerungsleitung VZ ein Impuls gegeben, der nach Durchlauf durch VZ den Zähler Z und die Speicherzellen Sp₁ bis Sp_n zurückstellt bzw. löscht. Die Verzögerung ist notwendig, um die Meßwerte auf die Steuereinrichtung der Kathodenstrahlröhre zu übertragen und dort zu speichern. Dies könnte beispielsweise so erfolgen, daß bei der Abtastung zunächst nur die entsprechenden Speieher belegt und erst kurz vor der Löschung die Schalter RHi, RY_t und RB₁ geschlossen werden.

In Fig. 3 ist eine Anordnung gezeigt, in der drei verschieden-» farbige« Lichtpunktabtastungen miteinander gekoppelt sind. Die drei verschieden-»farbigen«, räumlich verteilten, punktförmigen Lichtquellen L_n Lg und Lf, werfen ihr Licht auf zwei sich drehende Polygonspiegel PS₁ und PS₂. Von diesen Polygonspiegeln wird das Licht reflektiert und durch die Abbildungsoptik O auf den Zeichenträger T geworfen. Das von dem Zeichenträger diffus zurückgestrahlte Licht wird von den drei Fotowandlern P_n P_g, F_b, deren Empfindlichkeit jeweils auf eine der drei »Farben« abgestimmt ist, aufgenommen. Die Lichtquellen sind derart angeordnet, daß das Licht von zwei Lichtquellen, z. B. L₁. und L_b, auf denselben Polygonspiegel PS₁ und auf dasselbe Zeichen fallen, während das Licht der dritten Lichtquelle L_g auf den Polygonspiegel PS₂ und das nächstfolgende Zeichen fällt. Durch die Drehung der Polygonspiegel werden so zwei bestimmte Streifen des Zeichenträgers von oben nach unten abgetastet. Die Abtastung des ganzen Zeichens wird durch die kontinuierliche Bewegung des Zeichenträgers T bewirkt. Die Berücksichtigung der in der Vorabtastung ermittelten Zeichenhöhe und Zeichenlage — als Vorabtastung ist hier die Doppelabtastung durch zwei Lichtpunkte anzusehen —■ erfolgt bei dieser Anordnung durch die Steuerung der Frequenz des Taktgenerators, der die Einspeicherung in die Erkennungsschaltung bewirkt. Die Berücksichtigung der Zeichenbreite erfolgt durch eine entsprechende Steuerung der Umdrehungsgeschwindigkeit ω₂ des Polygonspiegels PS₂, während der Polygonspiegel PS₁ ständig die gleiche Umdrehungsgeschwindigkeit W₁ beibehält. An Stelle der Polygonspiegel können auch Schwingspiegel vorgesehen werden. Diese Anordnung ist besonders für eine Sortierung farbiger Zeichenträger und farbiger Zeichen bzw. für die Auswertung des Informationsinhaltes von verschiedenfarbigen Zeichen geeignet.

Fig. 4 zeigt im Prinzip eine solche Auswerteschaltung. Einerseits sind die Ausgänge der Fotowandler F_r und F), in einer Oder-Schaltung zusammengefaßt, deren Ausgang auf die Erkennungsschaltung führt, andererseits sind die Ausgänge der Fotowandler auf eine Entscheidungsschaltung geführt, die aus der Entscheidung, ob das Signal von dem Fotowandler F_r oder P_b kommt, bestimmte Steuerfunktionen auslöst. Eine solche Steuerfunktion kann z. B. bei der Abtastung von Zahlen die Auslösung der Addition oder Substraktion sein, je nachdem, ob die Zahlen blau oder rot sind. Bei dieser Abtastung müssen dann allerdings der blaue und der rote Lichtpunkt aufeinanderfallen, damit die Ausgangssignale der Fotozellen eindeutig miteinander verglichen werden können.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur automatischen Erkennung von Zeichen, insbesondere Schriftzeichen, mittels fotoelektrischer Abtastung des Zeichenfeldes längs bestimmter Zeilen und Auswertung der hierbei auftretenden Helligkeitssprünge in einer geeigneten Erkennungsschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeichenfeld mindestens zweimal mit Licht verschiedener, voneinander getrennter Spektralbereiche gleichzeitig oder nacheinander abgetastet wird und daß die Abtastung in dem einen Spektralbereich (Vorabtastung) zur bekannten Zentrierung und/oder Größenbestimmung des abgetasteten Zeichens, die Abtastung in dem anderen Spektralbereich (Hauptabtastung) zur Zeichenerkennung nach irgendeinem bekannten Verfahren verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Vorabtastung die Größe des Zeichens durch Feststellung der auf es entfallenden Abtastzeilen ermittelt wird und entsprechend der ermittelten Anzahl der Abtastzeile Steuersignale abgeleitet werden, welche die Hauptabtastung in der Weise beeinflussen, daß alle Zeichen stets mit der gleichen Zeilenzahl (gleiche Auflösung) abgetastet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Hauptabtastung des einen Zeichenfeldes das nächstfolgende vorabgetastet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor- und Hauptabtastungen jeweils nach einem anderen der bekannten Abtastverfahren durchgeführt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorabtastung mittels einer Fotowandlerreihe, die Hauptabtastung mittels einer Lichtpunktabtastung durchgeführt wird.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine erste Lichtquelle (Li) eines ersten Wellen-

längenbereichs, einer zweiten punktförmigen, beweglichen Lichtquelle (K) eines von dem ersten verschiedenen, zweiten Wellenlängenbereichs, durch eine Fotowandlerreihe (F), deren spektrale Empfindlichkeit im ersten Wellenlängenbereich liegt, sowie durch ein Abbildungssystem (O), die derart zueinander angeordnet sind, daß die erste Lichtquelle (Li) den Zeichenträger (T) flächenhaft beleuchtet und daß das Abbildungssystem (0) das vom Zeichenträger (T) remittierte Licht der ersten Lichtquelle (Li) zu der Fotowandlerreihe (F) lenkt, ferner, daß der Lichtstrahl der zweiten Lichtquelle (K) durch das Abbildungssystem (O) auf den Zeichenträger (T) gelenkt wird und daß das vom Zeichenträger (T) remittierte Licht des zweiten Wellenlängenbereichs zu dem weiteren Fotowandler (FM) gelangt.

7. Auswerteschaltung für die Vorabtastung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Speicher (Sp), dessen einzelne Zellen mit je einem der Fotowandler (F,·) verbunden sind, durch drei Widerstandsketten (RH, RY, RB), deren einzelne Widerstände kurzgeschlossen werden können und die gesonderte Meßwiderstände aufweisen, an denen die Steuersignale für die Zentrierung und die Größenbestimmung der abgetasteten Zeichen abgegriffen werden, und durch einen Zähler (Z), die derart zusammengeschaltet sind, daß jede markierte Speicherzelle einen ersten Schalter (SH) betätigt, der einen der Speicherzelle zugeordneten Widerstand der ersten Widerstandskette (RH) kurzschließt, und einen zweiten Schalter (SY) betätigt, der eine der Speicherzelle zugeordnete Anzahl der Widerstände der zweiten Widerstandskette (RY) kurzschließt, und daß der Zähler (Z) in jeder Zählstufe einen Widerstand der dritten Widerstandskette (RB) kurzschließt, wenn beim Durchlauf durch die Zählstufen gleichzeitig einer der Fotowandler (F₁) markiert ist.

8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anzahl räumlich verteilter, punktförmiger Lichtquellen (L_n L_g, L₀), die getrennte Spektralbereiche abstrahlen, durch eine entsprechende Anzahl räumlich verteilter Fotowandler (F_n F_g, F^) mit jeweils entsprechend abgestimmten spektralen Empfindlichkeitsbereichen sowie durch zwei drehbare Spiegelflächen (PS₁, -P^₂) und ein Abbildungssystem (O), die derart angeordnet sind, daß die Lichtstrahlen der Lichtquellen. (L_n L_g, L_b) auf die Spiegelflächen (PS₁, PS₂) fallen und von diesen mit Hilfe des Abbildungssystems (O) auf verschiedene Punkte des Zeichenträgers (T) geworfen werden, von dem der remittierte Lichtanteil zu den entsprechenden Fotowandlern (F_n F_g, F^) gelangt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterscheidung verschiedenfarbiger Zeichen die Vorabtastung mit einer den verschiedenen Farben entsprechenden Anzahl von Lichtquellen durchgeführt wird, daß jede Lichtquelle in einem anderen, für jeweils eine Farbe charakteristischen Spektralbereich Licht abstrahlt, daß das Licht aller Lichtquellen auf denselben Punkt des Zeichenträgers geworfen wird und daß der von diesem remittierten Lichtanteil von auf die charakteristischen Spektralbereiche abgestimmten Fotowandlern aufgefangen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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