FR3128085A1 - Dispositif d’imagerie infrarouge - Google Patents

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Abstract

Dispositif d’imagerie infrarouge La présente description concerne un dispositif d’imagerie infrarouge (200) comprenant une caméra infrarouge (210) ayant un axe optique (A), ladite caméra étant destinée à détecter un rayonnement infrarouge dans une gamme spectrale à travers un élément transparent (132) audit rayonnement infrarouge, l’élément transparent étant incliné d’un angle d’inclinaison (α) supérieur à 0° et inférieur à 90° ou inférieur à 0° et supérieur à -90° par rapport à une direction de capture d’image (C) ;le dispositif comprenant en outre un élément réfracteur (230) transparent au rayonnement infrarouge dans la gamme spectrale et apte à être positionné entre l’élément transparent et la caméra infrarouge, ledit élément réfracteur comprenant une facette de sortie virtuelle de l’élément réfracteur, correspondant à une facette de sortie (234) de l’élément réfracteur dans un diagramme tunnel dudit élément réfracteur, ladite facette de sortie virtuelle étant sensiblement parallèle à une facette d’entrée (232) de l’élément réfracteur. Figure pour l'abrégé : Fig. 2A

Description

Dispositif d’imagerie infrarouge
La présente description concerne de façon générale le domaine de l’imagerie infrarouge et concerne en particulier une caméra infrarouge dans lequel une image est détectée par ladite caméra infrarouge à travers un hublot transparent aux rayonnements infrarouges.
Dans le domaine de l’imagerie infrarouge, on peut utiliser une caméra infrarouge ou "caméra IR", adaptée à capturer des images thermiques d’une scène. Une caméra IR comprend en général un agencement de détecteurs sensibles à l’infrarouge formant une matrice de pixels. Chaque pixel de la matrice de pixels convertit une température mesurée au niveau du pixel en un signal de tension correspondant, qui est converti par un convertisseur numérique-analogique (ADC) en un signal de sortie numérique. Un micro-bolomètre est un exemple de pixel utilisé pour une caméra infrarouge non refroidie à matrice de pixels, adaptée à capturer des images thermiques d’une scène.
Dans certaines applications, une caméra IR peut être positionnée dans une enceinte, ou a minima être disposée derrière une paroi de sorte que les rayonnements sont détectés par la caméra IR au travers de la paroi. Cette paroi peut être inclinée selon un angle non nul par rapport à la verticale. Lorsque le matériau de la paroi n’est pas transparent aux rayonnements IR, la paroi est munie d’un élément transparent aux rayonnements IR, par exemple un hublot, ce hublot étant positionné de manière à ce que la caméra IR puisse recevoir les rayonnements IR au travers dudit hublot. Généralement, un tel hublot présente des dimensions latérales les plus réduites possible.
Cependant, lorsque la paroi est inclinée, le hublot l’est également. La présence d’un hublot incliné dont la pupille est réduite peut générer un phénomène de vignettage non souhaité sur l’image capturée par la caméra IR, c’est-à-dire une diminution de la luminosité sur les bords de l’image (dit autrement, une augmentation de l’opacité sur les bords de l’image). Le phénomène peut s’aggraver lorsque la distance entre le hublot et la caméra IR augmente.
Il existe un besoin de maîtriser le phénomène de vignettage d’une caméra infrarouge destinée à être positionnée derrière une paroi inclinée.
Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients précités.
Un mode de réalisation prévoit un dispositif d’imagerie infrarouge comprenant une caméra infrarouge ayant un axe optique, ladite caméra étant destinée à détecter un rayonnement infrarouge dans une gamme spectrale à travers un élément transparent audit rayonnement infrarouge, l’élément transparent étant incliné d’un angle d’inclinaison supérieur à 0° et inférieur à 90° ou inférieur à 0° et supérieur à -90° par rapport à une direction de capture d’image ;
le dispositif comprenant en outre un élément réfracteur transparent au rayonnement infrarouge dans la gamme spectrale et apte à être positionné entre l’élément transparent et la caméra infrarouge, ledit élément réfracteur comprenant une facette de sortie virtuelle de l’élément réfracteur, correspondant à une facette de sortie de l’élément réfracteur dans un diagramme tunnel dudit élément réfracteur, ladite facette de sortie virtuelle étant sensiblement parallèle à une facette d’entrée de l’élément réfracteur.
Selon un mode de réalisation, la facette d’entrée est adaptée à réfracter un rayon infrarouge de la gamme spectrale pénétrant dans l’élément réfracteur, et est destinée à être positionnée en regard de l’élément transparent, la facette de sortie est adaptée à réfracter le rayon infrarouge sortant de l’élément réfracteur, et est positionnée en regard de la caméra infrarouge, l’élément réfracteur comprenant en outre au moins une facette intermédiaire adaptée à réfléchir le rayon infrarouge entre la facette d’entrée et la facette de sortie.
Selon un mode de réalisation, la surface intérieure de la facette intermédiaire est recouverte d’un revêtement réfléchissant adapté à augmenter la réflexion du rayonnement infrarouge sur ladite surface intérieure, par exemple un revêtement métallique.
Selon un mode de réalisation, la facette intermédiaire comprend au moins une surface adaptée à corriger des aberrations optiques, par exemple une surface non régulière, du type free-form, par exemple non axisymétrique.
Selon un mode de réalisation, l’élément réfracteur et la caméra infrarouge sont positionnés relativement l’un par rapport à l’autre de sorte que l’axe optique réfracté de l’élément réfracteur est sensiblement parallèle à, ou coïncide sensiblement avec, l’axe optique de la caméra infrarouge.
Selon un mode de réalisation, l’axe optique de la caméra infrarouge est décalé d’une distance relativement à l’axe optique réfracté de l’élément réfracteur dans une direction perpendiculaire audit axe optique réfracté.
Selon un mode de réalisation, la surface extérieure de la facette d’entrée et/ou la surface extérieure de la facette de sortie est recouverte d’un revêtement antireflet.
Selon un mode de réalisation, l’élément réfracteur est un prisme. Selon un exemple, le prisme ne génère pas de dispersion chromatique.
Selon un mode de réalisation particulier, le prisme est du type prisme de Dove, ledit prisme présentant une forme de pyramide à base rectangulaire tronquée comprenant une première base, une deuxième base de surface inférieure à ladite première base, un premier plan latéral reliant les première et deuxième bases et incliné d’un premier angle par rapport à la première base, un deuxième plan latéral reliant les première et deuxième bases, en regard du premier plan latéral et incliné d’un deuxième angle par rapport à la première base, le deuxième angle étant l’opposé du premier angle, le premier angle étant supérieur à 0° et inférieur à 90°, par exemple compris entre 30 et 60°, le premier plan latéral formant la facette d’entrée, le deuxième plan latéral formant la facette de sortie, et la première base formant la facette intermédiaire.
Selon un mode de réalisation particulier, le prisme est un demi-pentaprisme du type prisme de Bauernfeind, ledit prisme comprenant une base formant la facette d’entrée, un premier plan latéral disposé en regard de la base et formant la facette intermédiaire, et un deuxième plan latéral reliant la base et le premier plan latéral et formant la facette de sortie. Selon un exemple, les facettes sont orientées les unes par rapport aux autres de sorte à ce qu’un rayon infrarouge est réfracté à travers la facette d’entrée suivant un angle égal à l’angle d’incidence de la facette de sortie.
Selon un mode de réalisation, la facette d’entrée de l’élément réfracteur présente une surface supérieure ou égale à la surface de l’élément transparent.
Selon un mode de réalisation, la facette d’entrée de l’élément réfracteur est sensiblement parallèle à l’élément transparent.
Selon un mode de réalisation, la facette de sortie présente une surface sensiblement égale à la surface de la facette d’entrée.
Selon un mode de réalisation, la facette de sortie présente une surface inférieure à la surface de la facette d’entrée.
Selon un mode de réalisation, la caméra infrarouge comprend en outre au moins une lentille et une monture de lentille, ladite au moins une lentille étant maintenue par ladite monture de lentille, au moins une lentille et/ou la monture de lentille comprenant une face tronquée adaptée à être positionnée en regard de la facette de sortie de l’élément réfracteur, la face tronquée étant par exemple sensiblement parallèle à la facette de sortie.
Selon un mode de réalisation, la caméra infrarouge comprend :
- au moins une lentille et une monture de lentille, ladite au moins une lentille étant maintenue par ladite monture de lentille ;
- un capteur d’image sensible au rayonnement infrarouge de la gamme spectrale ;
le capteur d’image et la au moins une lentille définissant l’axe optique de la caméra infrarouge, le capteur d’image étant disposé sensiblement dans le plan focal image de ladite au moins une lentille.
Selon un mode de réalisation particulier, la au moins une lentille est entourée au moins partiellement par la monture de lentille.
Selon un mode de réalisation, l’élément transparent est entouré par une monture et est adapté à être inséré avec ladite monture dans l’ouverture d’une paroi, la paroi étant inclinée du même angle d’inclinaison que l’élément transparent, et le dispositif comprend un moyen d’accrochage de l’élément réfracteur adapté à accrocher ledit élément réfracteur à la paroi ou à la monture.
Selon un mode de réalisation, l’élément transparent est entouré par une monture et est adapté à être inséré avec ladite monture dans l’ouverture d’une paroi, la paroi étant inclinée du même angle d’inclinaison que l’élément transparent, et le dispositif comprend un élément d’interface adapté à réaliser une interface entre la caméra infrarouge et la monture, ledit élément d’interface étant en outre adapté à maintenir l’élément réfracteur entre l’élément transparent et la caméra infrarouge.
Selon un mode de réalisation, au moins une surface intérieure de l’élément d’interface est conformée de manière à diminuer l’émission de rayonnements infrarouges par ledit élément d’interface vers la caméra.
Selon un mode de réalisation, au moins une surface intérieure de l’élément d’interface est en un matériau adapté à diminuer l’émission de rayonnements infrarouges par ledit élément d’interface vers la caméra.
Selon un mode de réalisation, au moins une surface intérieure de l’élément d’interface est recouverte d’un revêtement adapté à diminuer l’émission de rayonnements infrarouges par ledit élément d’interface vers la caméra.
Selon un mode de réalisation, l’élément d’interface comprend une première extrémité adaptée à s’accrocher à la monture de l’élément transparent, par exemple par complémentarité de forme avec ladite monture.
Selon un mode de réalisation, l’élément d’interface comprend une deuxième extrémité adaptée à s’accrocher à la caméra infrarouge, par exemple par complémentarité de forme avec au moins une partie de ladite caméra infrarouge.
Selon un mode de réalisation dans lequel la caméra infrarouge comprend au moins une lentille et une monture de lentille, ladite au moins une lentille étant maintenue par ladite monture de lentille, la deuxième extrémité de l’élément d’interface est adaptée à s’accrocher à la monture de lentille, par exemple par complémentarité de forme avec ladite monture de lentille.
Selon un mode de réalisation dans lequel la caméra infrarouge comprend au moins une lentille et une monture de lentille, ladite au moins une lentille étant maintenue par ladite monture de lentille, l’élément d’interface et la monture de lentille sont d’un seul tenant.
Selon un mode de réalisation, l’élément d’interface est muni d’au moins une sonde de température. Par exemple, au moins une sonde de température est reliée à un module de traitement de flux lumineux parasites, par exemple un flux lumineux parasite émis par le dispositif.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend un élément d’obturation amovible adapté à obturer la caméra infrarouge, par exemple assemblé à l’élément d’interface et/ou disposé entre l’élément réfracteur et la caméra infrarouge. Selon un exemple, l’élément d’obturation est recouvert d’un revêtement émissif sur une face dudit élément d’obturation située en regard de la caméra infrarouge.
Selon un mode de réalisation, l’élément d’interface comprend au moins une surface intérieure émettrice orientée en regard de la caméra infrarouge et adaptée à être positionnée à proximité de l’élément transparent, par exemple contre la monture de l’élément transparent. Selon un exemple, ladite surface intérieure est par exemple recouverte d’un revêtement émissif sur sa face située en regard de la caméra infrarouge.
Selon un mode de réalisation, l’élément d’interface comprend une portion adaptée à être positionnée en regard d’une région de l’élément transparent, par exemple un bord dudit élément transparent, de manière à former un écran entre ladite région de l’élément transparent et la caméra infrarouge, ladite portion comprenant une face émettrice orientée en regard de la caméra infrarouge. Selon un exemple, ladite face émettrice est recouverte d’un revêtement émissif.
Les deux modes de réalisation précédemment décrits permettent de dégrader volontairement le vignettage sur une région du champ de vue de la caméra infrarouge, de préférence une région non critique pour l’application visée, et de réaliser une image d’une surface intérieure de l’élément d’interface en vis-à-vis de ladite région dégradée du champ de vue. La température déterminée par le capteur d’image dans cette région dégradée du champ de vue peut ensuite être utilisée dans un module de traitement de flux lumineux parasites.
Selon un mode de réalisation, la caméra infrarouge comprend un capteur d’image à matrice de pixels comprenant un pixel angulaire adapté à capturer un flux lumineux provenant d’une zone intérieure de l’élément d’interface orientée en regard du capteur d’image et du champ de vue du pixel angulaire, par exemple une zone intérieure adaptée à être positionnée autour de l’élément transparent. Selon un exemple, ladite zone intérieure est recouverte d’un revêtement émissif.
Par pixel angulaire, on entend un pixel de détection de flux lumineux parasite, ou flux thermique parasite, qui est un pixel ayant un champ de vision modifié par rapport à celui de pixels d’image de la matrice de pixels, afin de favoriser la capture de chaleur parasite. Par exemple, chaque pixel de détection de chaleur parasite est agencé pour capturer une plus grande portion de chaleur parasite que chaque pixel d’image de la matrice de pixels.
Un mode de réalisation prévoit un système comprenant :
- un dispositif d’imagerie infrarouge selon un mode de réalisation et
- un élément transparent au rayonnement infrarouge d’une gamme spectrale ;
la caméra infrarouge du dispositif étant adaptée à détecter un rayonnement infrarouge de la gamme spectrale à travers l’élément transparent ;
l’élément transparent étant incliné d’un angle d’inclinaison supérieur à 0° et inférieur à 90° ou inférieur à 0° et supérieur à -90° par rapport à une direction de capture d’image.
Selon un mode de réalisation, l’élément transparent est entouré par une monture et est inséré avec ladite monture dans l’ouverture d’une paroi, la paroi étant inclinée du même angle d’inclinaison que l’élément transparent.
Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
la , et
la sont des vues en coupe représentant un exemple de caméra infrarouge disposée derrière une paroi inclinée ;
la est une vue en coupe représentant un exemple de dispositif d’imagerie infrarouge selon un mode de réalisation ;
la représente une vue d’un diagramme tunnel du prisme du dispositif d’imagerie infrarouge de la ;
la est une vue en coupe représentant une variante de l’exemple de dispositif d’imagerie infrarouge de la ;
la est une vue en coupe représentant un autre exemple de dispositif d’imagerie infrarouge selon un mode de réalisation ;
la est une vue en coupe représentant un autre exemple de dispositif d’imagerie infrarouge selon un mode de réalisation ;
la est une vue en coupe représentant un autre exemple de dispositif d’imagerie infrarouge selon un mode de réalisation ;
la est une vue en coupe représentant un autre exemple de dispositif d’imagerie infrarouge selon un mode de réalisation ;
la représente une vue d’un diagramme tunnel du prisme du dispositif d’imagerie infrarouge de la .

Claims (20)

  1. Dispositif d’imagerie infrarouge (200, 201, 300, 400, 500, 600) comprenant une caméra infrarouge (210, 510) ayant un axe optique (A), ladite caméra étant destinée à détecter un rayonnement infrarouge dans une gamme spectrale à travers un élément transparent (132) audit rayonnement infrarouge, l’élément transparent étant incliné d’un angle d’inclinaison (α) supérieur à 0° et inférieur à 90° ou inférieur à 0° et supérieur à -90° par rapport à une direction de capture d’image (C) ;
    le dispositif comprenant en outre un élément réfracteur (230, 330, 630) transparent au rayonnement infrarouge dans la gamme spectrale et apte à être positionné entre l’élément transparent (132) et la caméra infrarouge (210, 510), ledit élément réfracteur comprenant une facette de sortie virtuelle (234’, 334’, 634’) de l’élément réfracteur, correspondant à une facette de sortie (234, 334, 634) de l’élément réfracteur dans un diagramme tunnel dudit élément réfracteur, ladite facette de sortie virtuelle étant sensiblement parallèle à une facette d’entrée (232, 332, 632) de l’élément réfracteur.
  2. Dispositif (200, 201, 300, 400, 500, 600) selon la revendication 1, la facette d’entrée (232, 332, 632) étant adaptée à réfracter un rayon infrarouge de la gamme spectrale pénétrant dans l’élément réfracteur, et étant destinée à être positionnée en regard de l’élément transparent (132), la facette de sortie (234, 334, 634) étant adaptée à réfracter le rayon infrarouge sortant de l’élément réfracteur, et étant positionnée en regard de la caméra infrarouge (210, 510), l’élément réfracteur (230, 330, 430) comprenant en outre au moins une facette intermédiaire (236, 336, 636) adaptée à réfléchir le rayon infrarouge entre la facette d’entrée et la facette de sortie.
  3. Dispositif (200, 201, 300, 400, 500, 600) selon la revendication 2, la surface intérieure (236B, 336B, 636B) de la facette intermédiaire (236, 336, 636) étant recouverte d’un revêtement réfléchissant adapté à augmenter la réflexion du rayonnement infrarouge sur ladite surface intérieure, par exemple un revêtement métallique.
  4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, la facette intermédiaire comprenant au moins une surface adaptée à corriger des aberrations optiques, par exemple une surface non régulière, du type free-form, par exemple non axisymétrique.
  5. Dispositif (200, 201, 300, 400, 500, 600) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, l’élément réfracteur (230, 330, 630) et la caméra infrarouge (210, 510) étant positionnés relativement l’un par rapport à l’autre de sorte que l’axe optique réfracté (B) de l’élément réfracteur est sensiblement parallèle à, ou coïncide sensiblement avec, l’axe optique (A) de la caméra infrarouge.
  6. Dispositif (201, 300, 400) selon la revendication 5, l’axe optique (A) de la caméra infrarouge (210) étant décalé d’une distance (D) relativement à l’axe optique réfracté (B) de l’élément réfracteur dans une direction (Z) perpendiculaire audit axe optique réfracté.
  7. Dispositif (200, 201, 300, 400, 500, 600) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, la surface extérieure (232A, 332A, 632A) de la facette d’entrée (232, 332, 632) et/ou la surface extérieure (234A, 334A, 634A) de la facette de sortie (234, 334, 634) étant recouverte d’un revêtement antireflet.
  8. Dispositif (200, 201, 300, 400, 500, 600) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, l’élément réfracteur (230, 330, 630) étant un prisme, par exemple un prisme ne générant pas de dispersion chromatique.
  9. Dispositif (200, 201, 300, 400, 500) selon la revendication 8 dans sa combinaison avec la revendication 2, le prisme (230, 330) étant du type prisme de Dove, ledit prisme présentant une forme de pyramide à base rectangulaire tronquée comprenant une première base (236, 336), une deuxième base (238, 338) de surface inférieure à ladite première base, un premier plan latéral (232, 332) reliant les première et deuxième bases et incliné d’un premier angle (β) par rapport à la première base (236, 336), un deuxième plan latéral (234, 334) reliant les première et deuxième bases, en regard du premier plan latéral et incliné d’un deuxième angle (-β) par rapport à la première base (236, 336), le deuxième angle étant l’opposé du premier angle, le premier angle (β) étant supérieur à 0° et inférieur à 90°, par exemple compris entre 30 et 60°, le premier plan latéral formant la facette d’entrée, le deuxième plan latéral formant la facette de sortie, et la première base formant la facette intermédiaire.
  10. Dispositif (600) selon la revendication 8 dans sa combinaison avec la revendication 2, le prisme (630) étant un demi-pentaprisme du type prisme de Bauernfeind, ledit prisme comprenant une base (632) formant la facette d’entrée, un premier plan latéral (636) disposé en regard de la base et formant la facette intermédiaire, et un deuxième plan latéral (634) reliant la base et le premier plan latéral et formant la facette de sortie, les facettes étant par exemple orientées les unes par rapport aux autres de sorte à ce qu’un rayon infrarouge est réfracté à travers la facette d’entrée suivant un angle égal à l’angle d’incidence de la facette de sortie.
  11. Dispositif (200, 201, 300, 400, 500, 600) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, la facette d’entrée (232, 332, 632) de l’élément réfracteur (230, 330, 632) présentant une surface supérieure ou égale à la surface de l’élément transparent (132).
  12. Dispositif (200, 201, 300, 400, 500, 600) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, la facette d’entrée (232, 332, 632) de l’élément réfracteur (230, 330, 632) étant sensiblement parallèle à l’élément transparent (132).
  13. Dispositif (200, 201, 400, 500) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, la facette de sortie (234) présentant une surface sensiblement égale à la surface de la facette d’entrée (232).
  14. Dispositif (300, 600) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, la facette de sortie (334, 634) présentant une surface inférieure à la surface de la facette d’entrée (332, 632).
  15. Dispositif (500) selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, la caméra infrarouge (510) comprenant en outre au moins une lentille (518) et une monture de lentille, ladite au moins une lentille étant maintenue par ladite monture de lentille, au moins une lentille (518) et/ou la monture de lentille comprenant une face tronquée (517) adaptée à être positionnée en regard de la facette de sortie (234) de l’élément réfracteur (230), la face tronquée (517) étant par exemple sensiblement parallèle à la facette de sortie (234).
  16. Dispositif (200, 201, 300, 400, 500, 600) selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, la caméra infrarouge (210, 510) comprenant :
    - au moins une lentille (218, 518) et une monture de lentille (219), ladite au moins une lentille étant maintenue par ladite monture de lentille ;
    - un capteur d’image (214, 514) sensible au rayonnement infrarouge de la gamme spectrale ;
    le capteur d’image et la au moins une lentille (218, 518) définissant l’axe optique (A) de la caméra infrarouge, le capteur d’image étant disposé sensiblement dans le plan focal image de ladite au moins une lentille.
  17. Dispositif (400) selon l’une quelconque des revendications 1 à 16, l’élément transparent (132) étant entouré par une monture (134) et étant adapté à être inséré avec ladite monture dans l’ouverture d’une paroi (130), la paroi étant inclinée du même angle d’inclinaison (α) que l’élément transparent, le dispositif comprenant un moyen d’accrochage de l’élément réfracteur (230) adapté à accrocher ledit élément réfracteur à la paroi (130) ou à la monture (134).
  18. Dispositif (400) selon l’une quelconque des revendications 1 à 17, l’élément transparent (132) étant entouré par une monture (134) et étant adapté à être inséré avec ladite monture dans l’ouverture d’une paroi (130), la paroi étant inclinée du même angle d’inclinaison (α) que l’élément transparent, le dispositif comprenant un élément d’interface (440) adapté à réaliser une interface entre la caméra infrarouge (210) et la monture (134), ledit élément d’interface étant en outre adapté à maintenir l’élément réfracteur (230) entre l’élément transparent (132) et la caméra infrarouge (210).
  19. Système d’imagerie infrarouge comprenant :
    - un dispositif d’imagerie infrarouge (200, 201, 300, 400, 500, 600) selon l’une quelconque des revendications 1 à 18, et
    - un élément transparent (132) au rayonnement infrarouge d’une gamme spectrale ;
    la caméra infrarouge (210, 510) du dispositif étant adaptée à détecter un rayonnement infrarouge de la gamme spectrale à travers l’élément transparent ;
    l’élément transparent (132) étant incliné d’un angle d’inclinaison (α) supérieur à 0° et inférieur à 90° ou inférieur à 0° et supérieur à -90° par rapport à une direction de capture d’image (C).
  20. Système d’imagerie infrarouge selon la revendication 19, l’élément transparent (132) étant entouré par une monture (134) et étant inséré avec ladite monture dans l’ouverture d’une paroi (130), la paroi étant inclinée du même angle d’inclinaison (α) que l’élément transparent.
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