JP2017200098A - 動き監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像手段が設置される現場側消費電力量の増大を抑制する。【解決手段】動き監視装置２００は、撮像手段２１０と監視手段２２０と送信手段２３０とを有する。撮像手段２１０は、監視エリアの画像を撮影する。監視手段２２０は、撮像手段によって撮像して得られた画像を解析し、監視エリアの画像の各部の動きを検知する。送信手段２３０は、動きが検知されていないときは撮像手段の画像の送信を停止し、動きが検知されると画像の送信を開始する。【選択図】図９

Description

本発明は、土砂などの動きをカメラで監視する動き監視装置、動き監視方法、およびプログラムに関する。

土砂などの崩落をカメラ等の撮像手段で監視するシステムの一例が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載されるシステムは、砂防領域などの現場に設置された山体監視用のカメラと、砂防管理センタに設置された画像処理装置とを有し、カメラと画像処理装置とは通信ケーブルによって互いに通信可能に接続されている。画像処理装置は、カメラの映像信号をリアルタイムに受信して画像処理を行い、山体の動いていない部分に対する動いた部分の輝度の変化を捉えて崩落の発生を検知する。具体的には、画像処理装置は、最新の映像情報の輝度パターンと先に記憶していた映像信号の輝度パターンとを比較することにより撮影前後の画像が一致したか否かをチェックする。そして、画像処理装置は、撮影前後の画像が一致した場合には崩落が発生していないためカメラによる撮影を続行し、撮影前後の画像にパターンの不一致が発生した場合、崩落の発生を検知する。

特開２００２−３６５３７２号公報

しかしながら、特許文献１に記載されるシステムでは、山体に動きがないとき、監視カメラで撮影して得られる画像を現場から砂防管理センタにリアルタイムで送信し続ける必要がある。このため、監視カメラ等の撮像手段が設置される現場側の消費電力量が増大する。

本発明の目的は、上述した課題、即ち、撮像手段が設置される現場側の消費電力量が増大する、という課題を解決する動き監視装置を提供することにある。

本発明の一形態に係る動き監視装置は、
監視エリアの画像を撮影する撮像手段と、
前記画像を解析し、前記監視エリアの画像の各部の動きを検知する監視手段と、
前記動きが検知されていないときは前記画像の送信を停止し、前記動きが検知されると前記画像の送信を開始する送信手段と、
を有する。

また本発明の他の形態に係る動き監視方法は、
撮像手段と監視手段と送信手段とを有する動き監視装置が実行する動き監視方法であって、
前記撮像手段が、監視エリアの画像を撮影し、
前記監視手段が、前記画像を解析して前記監視エリアの画像の各部の動きを検知し、
前記送信手段が、前記動きが検知されていないときは前記画像の送信を停止し、前記動きが検知されると前記画像の送信を開始する。

また本発明の他の形態に係るプログラムは、
監視エリアの画像を撮影する撮像手段を有するコンピュータを、
前記画像を解析し、前記監視エリアの画像の各部の動きを検知する監視手段と、
前記動きが検知されていないときは前記画像の送信を停止し、前記動きが検知されると前記画像の送信を開始する送信手段と、
して機能させる。

本発明は上述した構成を有するため、撮像手段が設置される現場側の消費電力量を低減することができる。

本発明の第１の実施形態のブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る動き監視装置で使用するパーソナルコンピュータのブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る動き監視装置で使用するフレーム画像記憶部の内容の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る動き監視装置で使用する送信バッファの内容の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る動き監視装置で使用する崩落検知フラグの内容の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る動き監視装置における監視手段の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る動き監視装置における送信手段の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る動き監視装置における監視手段が実行する画像処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態のブロック図である。

次に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
[第１の実施形態]
図１を参照すると、本発明の第１の実施形態に係る監視システム１００は、土砂などの崩落を監視するシステムであり、動き監視装置１１０とサーバ装置１２０とから構成される。動き監視装置１１０は、崩落を監視する砂防領域などの現場に設置される。これに対してサーバ装置１２０は、防災センタなど現場から地理的に離れた場所に設置される。

動き監視装置１１０は、主な構成要素として、カメラ１１１、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと記す）１１２、通信器１１３、外部アンテナ１１４、バッテリ１１５、およびソーラーパネル１１６を備えている。

カメラ１１１は、監視エリアのカラー画像を取得する撮像手段である。カメラ１１１は、例えば、消費電力の少ない市販の小型デジタルカメラモジュールを使用することができる。カメラ１１１は、ＰＣ１１２およびバッテリ１１５に接続される。例えば、カメラ１１１は、市販のカメラ用画像入力ボードによりＰＣ１１２のＰＣＩバススロットに接続することができる。

通信器１１３は、動き監視装置１１０とサーバ装置１２０との間で各種の情報を無線により送受信する通信手段である。通信器１１３は、例えば、ＬＴＥ通信サービスＸｉに対応したデータ通信用端末を使用することができる。通信器１１３は、例えば、ＵＳＢポートを通じてＰＣ１１２に接続することができる。

外部アンテナ１１４は、弱電界地帯を補助的にカバーするために通信器１１３に接続して使用するアンテナである。通信器１１３に内蔵されたアンテナで支障なく通信できる場合、外部アンテナ１１４は省略することができる。

バッテリ１１５とソーラーパネル１１６とは、動き監視装置１１０の電源である。バッテリ１１５は、カメラ１１１、ＰＣ１１２、および通信器１１３に動作電力を供給する。ソーラーパネル１１６は、太陽光発電によってバッテリ１１５を充電する。このように、バッテリ１１５とソーラーパネル１１６とを電源とすることにより、公衆電源の確保が困難な砂防領域における長期間にわたる監視が可能になる。

ＰＣ１１２は、カメラ１１１の画像を解析して監視エリアの画像の各部の動きを検知する機能、およびカメラ１１１の画像を通信器１１３経由でサーバ装置１２０へ送信する機能などを有する情報処理手段である。ＰＣ１１２は、例えば、消費電力の少ない市販のＰＣモジュールを使用することができる。ＰＣ１１２には、カメラ１１１と通信器１１３とバッテリ１１５とが接続されている。

図２は、ＰＣ１１２の一例を示すブロック図である。この例のＰＣ１１２は、カメラ１１１を接続するためのＰＣＩバススロットなどのインタフェイス１３１、通信器１１３を接続するためのＵＳＢポートなどのインタフェイス１３２、ＲＡＭやＲＯＭ等で構成される記憶部１３３、およびＭＰＵ等のマイクロプロセッサとその周辺回路で構成される演算処理部１３４を備えている。

記憶部１３３は、フレーム画像記憶部１４１、送信バッファ１４２、崩落検知フラグ１４３、およびプログラム１４４を記憶するための記憶領域を有する。

フレーム画像記憶部１４１は、カメラ１１１で撮像して得られたフレーム画像を記憶する記憶領域である。図３はフレーム画像記憶部１４１に記憶される情報の例を示す。この例のフレーム画像記憶部１４１は、複数のエントリで構成され、それぞれのエントリは、フレーム画像とタイムスタンプとから構成される。フレーム画像は、カメラ１１１で撮像した監視エリアの１枚の画像そのもの或いは当該画像へのポインタであり、タイムスタンプはその撮影時刻である。例えば、図３の２行目のエントリは、タイムスタンプの欄に２０１６０４２１１１００が記録され、フレーム画像の欄にＧ００１が記録されている。これは、２０１６年４月２１日の午前１１時００分に撮影されたフレーム画像がＧ００１というポインタで参照される記憶領域に保存されていることを表している。

送信バッファ１４２は、サーバ装置１２０へ送信するフレーム画像を記憶する記憶領域である。図４は送信バッファ１４２に記憶される情報の例を示す。この例の送信バッファ１４２は、先入れ先出し方式のバッファであり、複数のエントリで構成され、それぞれのエントリは、フレーム画像とタイムスタンプとから構成される。それぞれのエントリのフレーム画像とタイムスタンプの意味は、図３に示したフレーム画像記憶部１４１におけるフレーム画像とタイムスタンプと同じである。

崩落検知フラグ１４３は、崩落の検知状態を表す情報を記憶する記憶領域である。図５は崩落検知フラグ１４３に記憶される情報の例を示す。この例の崩落検知フラグ１４３は、１つのエントリで構成され、そのエントリには、値１および値０の何れか一方の値が記憶される。エントリに値１が記憶された崩落検知フラグ１４３は、崩落を検知していることを表す。一方、エントリに値０が記憶された崩落検知フラグ１４３は、崩落を検知していないことを表す。エントリに値１が記憶されていることを、フラグがセットされていると称し、エントリに値０が記憶されていることを、フラグがリセットされていると称する。

プログラム１４４は、通信器１１３等の入力手段を通じて外部から入力されて予め記憶部１３３に保存される。

演算処理部１３４は、記憶部１３３からプログラム１４４を読み込んで実行することにより、ＰＣ１１２を構成するハードウェアとプログラム１４４とを協働させて各種処理部を実現する機能を有している。演算処理部１３４で実現される主な処理部として、監視部１５１と送信部１５２とがある。

監視部１５１は、カメラ１１１の画像を解析し、監視エリアの画像の各部の動きを検知する機能を有する。送信部１５２は、カメラ１１１の画像を通信器１１３経由でサーバ装置１２０へ送信する機能を有する。

サーバ装置１２０は、動き監視装置１１０から送信された画像を受信して表示装置に表示する機能、当該画像を記憶装置に保存する機能、異常時の管理者への通報機能などを有する情報処理手段である。

次に、本実施形態に係る監視システム１００の動作を、動き監視装置１１０の動作を中心に説明する。

図６は動き監視装置１１０の監視部１５１の動作の一例を示すフローチャートである。監視部１５１は、例えばＰＣ１１２が起動すると図６に示した処理を開始する。まず、監視部１５１は、初期化を行う（Ｓ１０１）。この初期化では、監視部１５１は、フレーム画像記憶部１４１、送信バッファ１４２、崩落検知フラグ１４３を初期化する。この初期化では、監視部１５１は、図３のフレーム画像記憶部１３０の全エントリと図４の送信バッファ１４０の全エントリを、例えばＮＵＬＬ値で上書きし、図５の崩落検知フラグ１５０のエントリに値０を記憶する。

次に、監視部１５１は、カメラ１１１により監視エリアを撮影する（Ｓ１０２）。例えば、監視部１５１は、シャッターを切る信号をカメラ１１１へ送信することにより、１回の撮影を行わせる。次に、監視部１５１は、撮影して得られたフレーム画像をカメラ１１１から読み出し、タイムスタンプを付与して、フレーム画像記憶部１４１に記憶する（Ｓ１０３）。次に、監視部１５１は、今回取得したフレーム画像を現フレーム画像とし、前回取得したフレーム画像を前フレーム画像とし、フレーム画像記憶部１４１から前フレーム画像と現フレーム画像とを読み出し、画像解析を行う（Ｓ１０４）。監視部１５１は、この画像解析により、監視エリア内で土砂などの崩落が発生しているか否かを検知する。画像解析の詳細は後述する。

次に、監視部１５１は、今回の画像解析によって崩落の発生を検知したか否かを判定する（Ｓ１０５）。次に、監視部１５１は、崩落の発生を検知した場合、崩落検知フラグ１４３がセットされているか否かを判定し（Ｓ１０６）、その判定結果に応じて処理を切り分ける。まず、崩落検知フラグ１４３がリセットされている場合、崩落を検知していない状態ではじめて崩落を検知したため、監視部１５１は、崩落検知フラグ１４３をセットし（Ｓ１０７）、今回の画像解析に使用した前フレーム画像と現フレーム画像とを送信バッファ１４２に格納する（Ｓ１０８）。そして、ステップＳ１１１の処理へ進む。また、崩落検知フラグ１４３がセットされていた場合、前回の画像解析に引き続いて今回も再び崩落を検知したため、監視部１５１は、今回の画像解析に使用した現フレーム画像を送信バッファ１４２に格納する（Ｓ１０９）。ステップＳ１０９において前フレーム画像を格納しない理由は、前フレーム画像は前回の処理で現フレーム画像として送信バッファ１４２に既に格納しているためである。そして、ステップＳ１１１の処理へ進む。

一方、監視部１５１は、今回の画像解析によって崩落の発生を検知しなかった場合、崩落検知フラグ１４３をリセットする（Ｓ１１０）。そして、ステップＳ１１１の処理へ進む。

監視部１５１は、ステップＳ１１１では、一定時間の待ち合わせを行う。一定時間は、監視エリアを撮影する時間間隔に応じて定められる。監視部１５１は、一定時間の待ち合わせ後、ステップＳ１０２へ戻り、監視エリアをカメラ１１１で撮影する処理以降の上述した処理と同様の処理を繰り返す。

このように監視部１５１は、カメラ１１１によって撮影した監視エリアのフレーム画像を周期的に取得してタイムスタンプを付与してフレーム画像記憶部１４１に保存する。また、監視部１５１は、保存したフレーム画像を解析して崩落の発生を検知する。そして、監視部１５１は、崩落の発生を検知すると、崩落の発生前後のフレーム画像を送信バッファ１４２に保存し、崩落の発生を検知していない期間中のフレーム画像は送信バッファ１４２に保存しない。

図７は送信部１５２の動作の一例を示すフローチャートである。送信部１５２は、例えばＰＣ１１２が起動すると図７に示した処理を開始する。まず、送信部１５２は、送信バッファ１４２からフレーム画像を取り出す（Ｓ１２１）。このステップＳ１２１で取り出すフレーム画像の最大数は、１つであってもよいし、２以上であってもよい。送信部１５２は、この取り出しに成功した場合（Ｓ１２２でＮＯ）、取り出したフレーム画像を、通信器１１３を使用してサーバ装置１２０へ送信する（Ｓ１２３）。このとき、通信器１１３は、タイムスタンプに基づいて古い時刻のフレーム画像から順に送信する。このようにすることにより、サーバ装置１２０は、受信した順にフレーム画像をサーバ装置１２０に接続される表示装置に表示することにより、崩落発生前後の様子を表す動画の再生が行える。また、送信部１５２は、動き補償に基づく予測符号化などの手法によって一連のフレーム画像を圧縮符号化して送信するようにしてもよい。そして、送信部１５２は、ステップＳ１２４へ進む。一方、送信部１５２は、送信バッファ１４２にフレーム画像が１つも存在しないために取り出しに失敗した場合（Ｓ１２２でＹＥＳ）、ステップＳ１２３をスキップしてステップＳ１２４へ進む。

送信部１５２は、ステップＳ１２４において、予め定められた時間だけ待ち合わせを行う。この待ち合わせ時間は、フレーム画像を連続して送信する時間間隔に応じて定められる。そして、送信部１５２は、一定時間の待ち合わせ後、ステップＳ１２１へ戻り、送信バッファ１４２からフレーム画像を取り出す処理以降の上述した処理と同様の処理を繰り返す。

このように送信部１５２は、送信バッファ１４２にフレーム画像が記憶されると、それを読み出して通信器１１３経由でサーバ装置１２０へ送信する。前述したように、監視部１５１は、崩落の発生を検知すると崩落の発生前後のフレーム画像を送信バッファ１４２に保存し、崩落の発生を検知していない期間はフレーム画像を送信バッファ１４２に保存しない。このため、送信部１５２は、崩落の発生が検知されるとカメラ１１１のフレーム画像の送信を開始し、崩落の発生が検知されていない期間はカメラ１１１のフレーム画像の送信を停止する。これによって、崩落の発生の有無にかかわらず全期間のフレーム画像をサーバ装置１２０へ送信する構成と比較して、動き監視装置１１０の消費電力量を低減することができる。

次に、図６のステップＳ１０４で実行する画像解析の詳細を説明する。

図８は、ステップＳ１０４で実行する画像解析の詳細を示すフローチャートである。監視部１５１は、先ず、フレーム画像記憶部１４１から前フレーム画像と現フレーム画像とを読み出す（Ｓ１３１）。なお、前フレーム画像が存在しない初回撮影時は、直ちに崩落なしと決定して図８の処理を終えるか、或いは現フレーム画像のコピーを前フレーム画像に使用して図８の処理を行う。次に、監視部１５１は、読み出した前フレーム画像と現フレーム画像とにＨＳＶ変換を行う（Ｓ１３２）。即ち、前フレーム画像と現フレーム画像の各画素のＲＧＢ値を、色相（Ｈｕｅ）、彩度（Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）、明度（Ｖａｌｕｅ）の値に変換する。次に、監視部１５１は、ＨＳＶ変換後の前フレーム画像と現フレーム画像とに基づいて、以下の２種類の手法によって移動領域を検出する。

まず、監視部１５１は、ＨＳＶ変換後の前フレーム画像と現フレーム画像とに基づいてオプティカルフローを検出し、そのオプティカルフローに基づいて移動領域を抽出する（Ｓ１３３）。オプティカルフローの検出は、フレーム画像間の対応を求める処理であり、代表的な検出手法として、勾配法、Ｌｕｃａｓ−Ｋａｎａｄｅ法などがある。オプティカルフロー検出では、参照画像上のある画素の対応点を求めるために、その画素を中心とする参照ウインドウを設定し、候補画像上で全ての候補ウインドウとの間で、ウインドウ内の画素の色の差分絶対値の和（ＳＡＤ）を計算し、ＳＡＤが最小となる画素を対応点として選択する。このように、周囲の点とのＳＡＤを比較して移動ベクトルを決定するため、画像間差分に基づく方法よりも、移動領域をより頑健に抽出することができる。しかし、色の変化のない部分の誤検知が或る頻度で生じることが本発明者によって確認されている。

また、監視部１５１は、ＨＳＶ変換後の前フレーム画像と現フレーム画像との間の差分画像を検出し、その差分画像に基づいて移動領域を抽出する（Ｓ１３４）。この差分画像による移動領域の検出は、フレーム間の僅かな照明の変化等によって移動領域の誤検知が生じるけれども、その原理から明らかなように、色の変化のない部分を移動領域として検知しない性質がある。

次に、監視部１５１は、オプティカルフローに基づいて抽出した移動領域と差分画像に基づいて抽出した移動領域との重複領域を抽出する（Ｓ１３５）。次に、監視部１５１は、重複領域のサイズ（画素数）が予め設定された閾値Ｓminより大きいか否かを判定する（Ｓ１３６）。そして、監視部１５１は、重複領域のサイズ（画素数）が閾値Ｓminより大きければ、前フレーム画像と現フレーム画像との間に動きのある部分が存在する、すなわち崩落があると判断し（Ｓ１３７）、そうでなければ崩落がないと判断する（Ｓ１３８）。

このように図８に示す画像解析では、オプティカルフローに基づく移動領域の抽出と差分画像に基づく移動領域の抽出とを組み合わせ、双方で抽出された領域を移動領域とする。このため、移動領域を頑健に抽出することができると共に、色の変化のない部分を移動領域として誤検知するのを防止することができる。崩落の誤検知が少なくなることによって、送信対象となるフレーム画像の数が減り、動き監視装置１１０の消費電力量をより一層低減することができる。

以上の説明では、監視部１５１は、フレーム画像の全範囲を対象に移動領域を検出したが、移動領域を検出する領域をフレーム画像の一部に限定してもよい。例えば、カメラ１１１で撮像して得られる画像に、山体と空とが写っている場合、空が写っている領域以外の画像領域から移動領域を検出するようにしてよい。

また、監視部１５１は、崩落を検知すると、崩落検知フラグ１４３がリセットされている場合、今回の画像解析に使用した前フレーム画像と現フレーム画像とを送信バッファ１４２に格納した。しかし、監視部１５１は、崩落を検知すると、崩落検知フラグ１４３がリセットされている場合、今回の画像解析に使用した前フレーム画像と現フレーム画像とに加えて、当該前フレームの１つ前のフレーム画像、さらに１つ前のフレーム画像のように、前フレームより前の１以上のフレーム画像を送信バッファ１４２に格納するようにしてもよい。

また、監視部１５１は、崩落を検知すると、崩落を検知した旨のメッセージを通信器１１３経由でメール等によって外部に通知するように構成されていてよい。

また、監視部１５１は、サーバ装置１２０から通信器１１３経由でコマンドを受信した場合、受信したコマンドに従った動作を行うように構成されていてよい。例えば、監視部１５１は、フレーム画像の読み出しコマンドを受信した場合、フレーム画像記憶部１４１に記憶された全てのフレーム画像、あるいはコマンドで指定された期間に該当するタイムスタンプを有するフレーム画像を、通信器１１３経由でサーバ装置１２０へ送信するように構成されていてよい。

また、動き監視装置１１０で監視する動きは、土砂などの移動による崩落に限定されず、人や車両などの動きであってもよい。

[第２の実施形態]
図９を参照すると、本発明の第２の実施形態に係る動き監視装置２００は、撮像手段２１０と監視手段２２０と送信手段２３０とを備えている。

撮像手段２１０は、監視エリアの画像を撮影する機能を有する。監視手段２２０は、撮影手段２１０で撮影して得られた画像を解析し、監視エリアの画像の各部の動きを検知する機能を有する。送信手段２３０は、監視手段２２０によって動きが検知されていないときは画像の送信を停止し、動きが検知されると画像の送信を開始する機能を有する。

このように構成された動き監視装置２００は、以下のように動作する。先ず、撮像手段２１０が、監視エリアの画像を撮影する。次に、監視手段２２０が、撮像手段２１０で撮像して得られた画像を解析し、監視エリアの画像の各部の動きを検知する。次に、送信手段２３０が、動きが検知されていないときは、撮像手段２１０で撮像して得られた画像の送信を停止し、動きが検知されると画像の送信を開始する。

このように本実施形態に係る動き監視装置２００は、動きが検知されていないときは、撮像手段２１０で撮像して得られた画像の送信を停止し、動きが検知されると画像の送信を開始するため、撮像手段が設置される現場側の消費電力量を低減することができる。

以上、本発明を幾つかの実施形態を挙げて説明したが、本発明は以上の実施形態に限定されず、本発明の範囲内で各種の付加変更が可能である。

本発明は、物の動きを遠隔で監視する分野に利用でき、特に崖等における土砂等の崩落を監視する分野に好適である。

１００…監視システム
１１０…動き監視装置
１１１…カメラ
１１２…パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
１１３…通信器
１１４…外部アンテナ
１１５…バッテリ
１１６…ソーラーパネル
１２０…サーバ装置
１３１、１３２…インタフェイス
１３３…記憶部
１３４…演算処理部
１４１…フレーム画像記憶部
１４２…送信バッファ
１４３…崩落検知フラグ
１４４…プログラム
１５１…監視部
１５２…送信部
２００…動き監視装置
２１０…撮像手段
２２０…監視手段
２３０…送信手段

Claims (5)

1. 監視エリアの画像を撮影する撮像手段と、
   前記画像を解析し、前記監視エリアの画像の各部の動きを検知する監視手段と、
   前記動きが検知されていないときは前記画像の送信を停止し、前記動きが検知されると前記画像の送信を開始する送信手段と、
   を有する動き監視装置。
2. 前記監視手段は、前記撮像手段で互いに異なる時刻に撮影された２つのフレーム画像に基づいて、オプティカルフローによる移動領域の検出と画像間差分による移動領域の検出とを行い、前記オプティカルフローによって検出された移動領域と前記画像差分によって検出された移動領域との重複領域に基づいて、前記監視エリアの画像の各部の動きを検知する、
   請求項１に記載の動き監視装置。
3. バッテリとソーラーパネルとから構成される電源を有する、
   請求項１または２に記載の動き監視装置。
4. 撮像手段と監視手段と送信手段とを有する動き監視装置が実行する動き監視方法であって、
   前記撮像手段が、監視エリアの画像を撮影し、
   前記監視手段が、前記画像を解析して前記監視エリアの画像の各部の動きを検知し、
   前記送信手段が、前記動きが検知されていないときは前記画像の送信を停止し、前記動きが検知されると前記画像の送信を開始する、
   動き監視方法。
5. 監視エリアの画像を撮影する撮像手段を有するコンピュータを、
   前記画像を解析し、前記監視エリアの画像の各部の動きを検知する監視手段と、
   前記動きが検知されていないときは前記画像の送信を停止し、前記動きが検知されると前記画像の送信を開始する送信手段と、
   して機能させるためのプログラム。

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