JP4559043B2 - Image monitoring device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像モニタリング装置に関し、特に動画像の性質を低負荷にて測定し、ベース画像からの部分画像(動物体画像等)の切り出しや、輝度補正等の画像補正に使うことのできる画像モニタリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種の装置として、例えば特開平8−55220号公報に記されているものがある。この公報に記されているように、動画像中の移動物体領域を抽出する方法として、背景差分法や、画像の特徴を用いる方法等がある。
【0003】
背景差分法は、予め背景に相当する画像を撮影して蓄積しておき、入力された画像をこの蓄積された背景画像と比較し、両画像間の差分を算出し、この差分がある設定値以上の時に、移動物体による画像変化と判断するものである。
【0004】
一方、画像の特徴を用いる方法は、動画像の各フレームの画像中から画素毎もしくは小領域毎に画像特徴量を抽出する特徴量抽出手段を具備し、該特徴量抽出手段で求めた過去フレームの特徴量を参照して特徴量の時系列変化の傾向を求めることにより、撮像環境の変化を考慮に入れた現フレームの特徴量を推定し、さらに前記特徴量抽出手段により求められた現フレームの特徴量と前記推定された現フレームの特徴量との差分をとることにより特徴変化量を求め、該特徴変化量を基に移動物体を判定するものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前者の背景差分法は、画面全体や背景部分の変化に関する補償がないため、動物体による変化と背景輝度変化との区別ができない。また、実際の移動物体および背景は多様であるから、移動物体の輝度値と背景の輝度値とが近接している場合には移動物体の抽出を誤検出することが起こり、信頼性が低下するという課題がある。
【0006】
一方、後者の画像の特徴を用いる方法は、全画面の特徴量を測定するため、演算負荷が大きいという課題がある。
【0007】
特に、1フレームのデータ量が多い全方位カメラ画像あるいは360°全方位画像に上記の方法を適用しようとすると、より演算負荷が大きくなると共に、処理速度が遅くなるという問題がある。
【0008】
本発明は、前記した従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、連続的な映像モニタリングにおいて、低演算負荷にて、画像の変化検出を精度良く行うことが可能になる画像モニタリング装置を提供することにある。また、他の目的は、低演算負荷にて、映像全体の輝度変化の補正を行える画像モニタリング装置を提供することにある。
【0009】
前記した目的を達成するために、本発明は、画面内の変化を検出する画像モニタリング装置において、画面内の一部のブロックをサンプリングするサンプリングブロック選択部と、前記画面に係る過去数フレーム分の各画素値に対して、時間的に頻出度の高い信号値を求め、該信号値を各画素値に対する参照画像とする参照画像作成部と、前記参照画像と比較して前記画面の輝度補正を行う画面オフセット補正部と、前記サンプリングされたブロックに対して、有意、非有意の分別をする有意・非有意ブロック分別部とを具備し、前記画面オフセット補正部は、前記サンプリングブロック選択部で選択されたサンプリングブロックおよび同位置の前記参照画像に対して、輝度信号および色差信号の少なくとも一つに関する差分絶対値和、平均自乗誤差などの特徴量を求め、フレーム全体において同等の特徴量を持つサンプリングブロックが一定数以上存在する場合には画像フレーム全体に同一効果を与えるオフセット補正を実施し、前記有意・非有意ブロック分別部は、前記サンプリングブロックの特徴量と予め定められた閾値とを比較し、その大小により、有意ブロックまたは非有意ブロックに分別し、前記画面オフセット補正後の有意ブロックを含む有意領域を切り出すようにした点に第1の特徴がある。
【0010】
この特徴によれば、画面内の有意領域を、低演算負荷で求めることができるようになる。また、高速に、有意領域の画像を切り出すことができるようになる。また、低演算負荷にて、映像の輝度変化の補正を行えるようになる。
【0013】
また、前記有意領域は、有意ブロックを中心にその周囲のブロックに広げて探索して求められるようにした点に第2の特徴がある。
【0014】
この特徴によれば、画面内の有意領域を、低演算負荷で求めることができると共に、高速に切り出すことができるようになる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図4は全方位撮影カメラの概念図、図5は該全方位撮影カメラで撮影した画像データを、パソコン等のディスプレイに表示した画面の一例を示すものである。
【0016】
全方位撮影カメラは周知であり種々の方式のものがあるが、図4の全方位撮影カメラ1においては、透明のアクリル円筒2の内部の上面に設けられた半球状またはお椀状の全方位ミラー3、該全方位ミラー3の中心部から下方に延伸されたセンターニードル4、該センターニードル4の下方に設けられたCCDカメラ5およびケーブルコネクタ6から構成されている。なお、このカメラは周知であるので、詳細な動作説明は省略する。
【0017】
該全方位撮影カメラ1をケーブルコネクタ6を介してパソコン等に接続し、該全方位撮影カメラ1で撮影された画像をディスプレイに表示すると、図5のような画面11が得られる。該画面11には、全方位撮影カメラ1の撮影画像そのものであるドウナツ状の360°全方位画像11a、該ドウナツ状の360°全方位画像11aを帯状に展開した画像11b、すなわちパノラマ展開画像、および画像11bの一部を切り出した通常の1フレームサイズの画像11cが映出される。11dは、該画像11cの切り出し画像である。なお、画像11cは、例えば携帯電話等に配信することができる。
【0018】
該全方位撮影カメラ1から得られる画像は、通常のPC用カメラと同様に、例えば15フレーム/秒の動画像である。展開画像11bは例えばPC用カメラ画像などの通常の1フレームサイズより何倍も大きいので、従来技術で述べたような全画面の特徴量を測定して、移動物体を判定する方法では、演算負荷が大きくなり、処理速度が大きく低下する。また、全方位撮影カメラ1は屋内あるいは屋外で一日中撮影を続けるので、夕方や夜になり暗くなってくると画像全体が一様に暗くなる。このため、画面の輝度補正などが必要になるが、この補正も画面全体のデータ量が多いので、通常の画面補正をしたのでは演算負荷が大きくなる。
【0019】
本発明は、このような不具合を解決するためになされたものであり、その一実施形態を図1を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態の概略の構成を示すブロック図である。
【0020】
ベース画像入力部21からは、前記展開画像11bが入力する。サンプリングブロック選択部22は、該ベース画像入力部11から入力されたベース画像に対して、変化検出のための特徴量計測を行うブロック(例えば、16×16画素)をサンプリングにより選択する。サンプリングするブロックの位置や密度は、外部から与えられた時刻や、フレーム情報に応じて可変とする。例えば、図2にA→B→C→D→A→・・・に示すように、ある時間からある時間までの数フレームはサンプリングブロックAを選択し、次の時間から次のある時間までの数フレームはサンプリングブロックBを選択する。同様に、数フレーム毎に、サンプリングブロックC,Dを選択し、この選択周期を繰り返す。このように、数フレーム時間の慣性を持たせて、事前に決定されたサンプリングブロックの位置や密度パターンを周期的に切り替えることが可能である。
【0021】
参照画像作成・更新部23は、ベース画像入力部21から入力されたベース画像から、変化検出用の参照画像を作成する。参照画像の作成には多様なアルゴリズムが可能である。例えば、画像フレーム数フレーム分の各画素値に対して、時間的に最頻出の信号値を求め、これを参照画像として用いる等が可能である。
【0022】
次に、全画面オフセット計測・補正部24は、サンプリングブロック選択部22で選択されたサンプリングブロックに対して、参照画像作成・更新部23から供給される参照画像、あるいはフレームバッファ25に記憶されている前の画像間の同位置での信号比較を行う。信号比較の演算は特定しないが、例えば、輝度信号のみ、あるいは輝度信号および色差信号の差分絶対値和(SAD)、あるいは平均自乗誤差(MSE)等が使用可能である。以降では、該信号比較の演算値を、特徴量と呼ぶ。全画面オフセット計測・補正部24は、該信号比較の結果に基づき、全画面のオフセット補正を行う。例えば、フレーム全体において、特徴量として同等の値をもつサンプリングブロックが一定数以上存在する場合には、その特徴量に応じて画像フレーム全体に同一効果を与えるオフセット補正を実施することが可能である。夕方や夜になり画面全体が一様に暗くなると、このオフセット補正により画面全体の輝度を上げ、画面の輝度を常に一定に保つようにすることができる。
【0023】
オフセット補正をした後、有意・非有意ブロック分別、有意率計測部26は、有意・非有意ブロックの分別を行う。例えば、オフセット補正が行われない場合は、各サンプリングブロックの特徴量をそのまま用いて予め定められた閾値と比較し、特徴量が該閾値より大きい場合を有意、それ以外を非有意とする。一方、オフセット補正が行われた場合は、オフセット値を原特徴量から差し引いて新たな特徴量を求め、これらが閾値との比較により、大きい場合を有意、それ以外を非有意とすることが可能である。ここで、有意率計測部26は、有意率を計算し、該有意率が予め定められた閾値より大きい場合には、参照画像作成・更新部23に指令を出して、参照画像の更新を行う。これにより、有意と判定されるサンプリングブロックを適正化することができる。
【0024】
さらに、有意ブロックと判定されたブロックに関しては、有意ブロック周辺再計測部27は、図3に示されているように、その周囲をさらに高密度に再調査する。再調査の手法は種々考えられるが、例えば有意ブロック[A]の周囲4〜8のブロックA2に対して有意、非有意を調べ、その中の有意ブロック[A2]に対してはさらにその周囲4〜8のブロックA3に対して有意、非有意を調べる。有意ブロック周辺再計測部27はこのように再帰ループ型計測あるいは段階的計測を行う。
【0025】
このようにして有意ブロックが求まると、有意領域切り出し部28は有意領域を抽出する。この有意領域の抽出には種々の手法が考えられるが、例えば有意ブロックの隣接性により有意領域をカテゴリ化し、各カテゴリを分離することが可能である。有意部分画像生成部29は、分離された有意領域に基づいて有意部分の画像を生成する。
【0026】
以上の説明から明らかなように、本実施形態によれば、(1)低演算負荷にて、映像の輝度変化の補正や動物体検出を常時行えるようになる、(2)映像の変化部分の特定を高精度に行うことができるようになる、(3)背景輝度変化などの全体的な変化を補正して、正確に画面内の変化を検出できるようになる、(4)自動的に適切な参照画像を作成し、低負荷にて正確な変化検出が可能になる、等の効果を期待することができる。
【0027】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、図1の各処理部22〜24、26〜28は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で本実施形態以外の種々の手法をとることができることは勿論である。
【0028】
【発明の効果】
本発明によれば、画面内のサンプリングされたブロックに対して有意、非有意の分別をし、有意ブロックを基に有意領域を検出するようにしたので、有意領域の検出を、低演算負荷にて、かつ高速に行うことができるようになる。
【0029】
また、画面内のサンプリングされたブロックに対して特徴量を求め、その特徴量に応じて画像フレーム全体に同一効果を与えるオフセット補正を実施するようにしたので、オフセット補正を、低演算負荷にて、かつ高速に行うことができるようになる。
【0030】
また、自動的に適切な参照画像を作成し、低負荷にて正確な変化検出が可能になる。
【0031】
なお、本発明は、360°全方位画像をパノラマ展開した画面のような1フレームのデータ量が多い画像に適用すると、その効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態の概略の構成を示すブロック図である。
【図2】 図1のサンプリングブロック選択部の動作の説明図である。
【図3】 図1の有意ブロック周辺再計測部の動作の説明図である。
【図4】 全方位撮影カメラの構成の説明図である。
【図5】 全方位撮影カメラで撮影した画像をディスプレーに表示した時の表示例を示す図である。
【符号の説明】
21・・・ベース画像入力部、22・・・サンプリングブロック選択部、23・・・参照画像作成・更新部、24・・・全画面オフセット計測・補正部、26・・・有意・非有意ブロック分別、有意率計測部、27・・・有意ブロック周辺再計測部、28・・・有意領域切り出し部、29・・・有意部分画像生成部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image monitoring apparatus, and in particular, image monitoring that can be used for measuring a property of a moving image at a low load, cutting out a partial image (animal body image, etc.) from a base image, and correcting an image such as brightness correction. Relates to the device.
[0002]
[Prior art]
As a conventional device of this type, for example, there is one described in JP-A-8-55220. As described in this publication, methods for extracting a moving object region in a moving image include a background difference method, a method using image features, and the like.
[0003]
In the background difference method, an image corresponding to the background is captured and accumulated in advance, the input image is compared with the accumulated background image, a difference between the two images is calculated, and a setting value with this difference is present. At the above time, it is determined that the image changes due to the moving object.
[0004]
On the other hand, the method using the feature of the image includes a feature amount extracting unit that extracts an image feature amount for each pixel or each small region from the image of each frame of the moving image, and the past frame obtained by the feature amount extracting unit. The feature quantity of the current frame is estimated in consideration of the change of the imaging environment by obtaining the tendency of the feature quantity in time series with reference to the feature quantity of the current frame, and further, the current frame obtained by the feature quantity extraction unit The feature change amount is obtained by taking the difference between the feature amount of the current frame and the estimated feature amount of the current frame, and the moving object is determined based on the feature change amount.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the former background subtraction method, since there is no compensation for changes in the entire screen or background portion, it is impossible to distinguish between changes due to moving objects and changes in background luminance. In addition, since the actual moving object and the background are diverse, when the luminance value of the moving object and the luminance value of the background are close to each other, the detection of the moving object may be erroneously detected, resulting in a decrease in reliability. There is a problem.
[0006]
On the other hand, the latter method using the feature of the image has a problem that the calculation load is heavy because the feature amount of the entire screen is measured.
[0007]
In particular, if the above method is applied to an omnidirectional camera image or 360 ° omnidirectional image having a large amount of data of one frame, there is a problem that the calculation load is further increased and the processing speed is decreased.
[0008]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to enable image change detection with high accuracy and low computational load in continuous video monitoring. It is to provide a monitoring device. Another object of the present invention is to provide an image monitoring apparatus capable of correcting the luminance change of the entire video with a low calculation load.
[0009]
In order to achieve the above-described object, the present invention provides an image monitoring apparatus for detecting a change in a screen, a sampling block selection unit that samples a part of the block in the screen, and the past several frames related to the screen. For each pixel value, a signal value having a high frequency in time is obtained, and a reference image creating unit that uses the signal value as a reference image for each pixel value, and brightness correction of the screen is performed in comparison with the reference image. A screen offset correction unit to perform, and a significant / insignificant block sorting unit that performs significant and non-significant classification on the sampled block, and the screen offset correction unit is selected by the sampling block selection unit Difference absolute value sum, average of at least one of luminance signal and color difference signal with respect to the sampled block and the reference image at the same position Obtains a feature amount such as multiplication error, it carried an offset correction to give the same effect to the entire image frame when the sampling block having an equivalent feature quantity in the entire frame is present more than a certain number, the significant and non-significant block fractionation The unit compares the feature amount of the sampling block with a predetermined threshold value, classifies it into a significant block or an insignificant block according to the magnitude, and cuts out a significant region including the significant block after the screen offset correction. This is the first feature.
[0010]
According to this feature, a significant area in the screen can be obtained with a low calculation load. In addition, a significant region image can be cut out at high speed. In addition, it is possible to correct the luminance change of the video with a low calculation load.
[0013]
Further, the significant region has a second feature in that the significant region is obtained by searching for a significant block in the surrounding blocks .
[0014]
According to this feature, a significant region in the screen can be obtained with a low calculation load and can be cut out at high speed.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 4 is a conceptual diagram of an omnidirectional camera, and FIG. 5 shows an example of a screen in which image data captured by the omnidirectional camera is displayed on a display such as a personal computer.
[0016]
Although the omnidirectional camera is well known and has various types, the
[0017]
When the
[0018]
The image obtained from the
[0019]
The present invention has been made to solve such problems, and an embodiment thereof will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an embodiment of the present invention.
[0020]
From the base image input unit 21, the
[0021]
The reference image creation / update unit 23 creates a reference image for change detection from the base image input from the base image input unit 21. Various algorithms can be used to create the reference image. For example, it is possible to obtain the most frequent signal value in time for each pixel value for the number of image frames and use this as a reference image.
[0022]
Next, the full screen offset measurement / correction unit 24 stores the reference block supplied from the reference image creation / update unit 23 or the frame buffer 25 with respect to the sampling block selected by the sampling block selection unit 22. The signals at the same position between the previous images are compared. The signal comparison calculation is not specified, but for example, only the luminance signal, or the sum of absolute differences (SAD) of the luminance signal and the color difference signal, or the mean square error (MSE) can be used. Hereinafter, the calculation value of the signal comparison is referred to as a feature amount. The full screen offset measurement / correction unit 24 performs full screen offset correction based on the signal comparison result. For example, when there are a certain number or more of sampling blocks having the same value as the feature value in the entire frame, it is possible to perform offset correction that gives the same effect to the entire image frame according to the feature value. . When the entire screen becomes dark uniformly in the evening or at night, the brightness of the entire screen can be increased by this offset correction so that the brightness of the screen is always kept constant.
[0023]
After the offset correction, the significant / non-significant block classification / significance rate measurement unit 26 performs the classification of the significant / non-significant blocks. For example, when the offset correction is not performed, the feature amount of each sampling block is used as it is and compared with a predetermined threshold value. If the feature amount is larger than the threshold value, the case is significant, and the other case is not significant. On the other hand, when offset correction is performed, the offset value is subtracted from the original feature value to obtain a new feature value, which can be made significant if it is large and otherwise non-significant by comparison with a threshold value. It is. Here, the significance rate measurement unit 26 calculates the significance rate, and when the significance rate is larger than a predetermined threshold, issues a command to the reference image creation / update unit 23 to update the reference image. . Thereby, the sampling block determined to be significant can be optimized.
[0024]
Further, regarding the block determined to be a significant block, the significant block periphery re-measurement unit 27 re-investigates the periphery thereof at a higher density as shown in FIG. There are various methods of re-investigation. For example, significant and non-significant are examined for the block A2 around 4 to 8 around the significant block [A], and further around the significant block [A2]. Significant or non-significant is examined for block A3 of ~ 8. The significant block periphery re-measurement unit 27 performs recursive loop measurement or stepwise measurement in this way.
[0025]
When a significant block is obtained in this way, the significant area cutout unit 28 extracts a significant area. Various methods are conceivable for extracting the significant region. For example, the significant region can be categorized based on the adjacency of the significant block, and each category can be separated. The significant partial image generation unit 29 generates an image of a significant part based on the separated significant region.
[0026]
As is clear from the above description, according to the present embodiment, (1) it becomes possible to always perform correction of the luminance change of the video and detection of the moving object with a low calculation load, and (2) the change portion of the video. It will be possible to specify with high accuracy, (3) It will be able to correct the overall change such as background brightness change and detect the change in the screen accurately, (4) Automatically appropriate An effective reference image can be created, and accurate changes can be detected with low load.
[0027]
Although one embodiment of the present invention has been described above, the processing units 22 to 24 and 26 to 28 in FIG. 1 can take various methods other than the present embodiment without departing from the spirit of the present invention. Of course.
[0028]
【The invention's effect】
According to the present invention, significant and non-significant classification is performed on a sampled block in the screen, and a significant area is detected based on the significant block. At a high speed.
[0029]
In addition, since the feature amount is obtained for the sampled block in the screen, and the offset correction that gives the same effect to the entire image frame is performed according to the feature amount, the offset correction is performed with a low calculation load. And can be performed at high speed.
[0030]
In addition, an appropriate reference image is automatically created, and accurate change detection can be performed with a low load.
[0031]
It should be noted that the present invention has a great effect when applied to an image having a large amount of data of one frame, such as a screen in which a 360 ° omnidirectional image is panorama developed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of an operation of a sampling block selection unit in FIG. 1;
FIG. 3 is an explanatory diagram of an operation of a significant block periphery re-measurement unit in FIG. 1;
FIG. 4 is an explanatory diagram of a configuration of an omnidirectional camera.
FIG. 5 is a diagram illustrating a display example when an image captured by an omnidirectional camera is displayed on a display.
[Explanation of symbols]
21 ... Base image input unit, 22 ... Sampling block selection unit, 23 ... Reference image creation / update unit, 24 ... Full screen offset measurement / correction unit, 26 ... Significant / non-significant block Classification, significance rate measurement unit, 27... Significant block periphery remeasurement unit, 28... Significant region segmentation unit, 29.
Claims (5)
画面内の一部のブロックをサンプリングするサンプリングブロック選択部と、
前記画面に係る過去数フレーム分の各画素値に対して、時間的に頻出度の高い信号値を求め、該信号値を各画素値に対する参照画像とする参照画像作成部と、
前記参照画像と比較して前記画面の輝度補正を行う画面オフセット補正部と、
前記サンプリングされたブロックに対して、有意、非有意の分別をする有意・非有意ブロック分別部とを具備し、
前記画面オフセット補正部は、前記サンプリングブロック選択部で選択されたサンプリングブロックおよび同位置の前記参照画像に対して、輝度信号および色差信号の少なくとも一つに関する差分絶対値和、平均自乗誤差などの特徴量を求め、フレーム全体において同等の特徴量を持つサンプリングブロックが一定数以上存在する場合には画像フレーム全体に同一効果を与えるオフセット補正を実施し、
前記有意・非有意ブロック分別部は、前記サンプリングブロックの特徴量と予め定められた閾値とを比較し、その大小により、有意ブロックまたは非有意ブロックに分別し、
前記画面オフセット補正後の有意ブロックを含む有意領域を切り出すことを特徴とする画像モニタリング装置。In an image monitoring device that detects changes in the screen,
A sampling block selector for sampling some blocks in the screen;
For each pixel value for the past several frames related to the screen, a reference value creating unit that obtains a signal value with a high temporal frequency and uses the signal value as a reference image for each pixel value;
A screen offset correction unit that performs brightness correction of the screen in comparison with the reference image;
A significant / non-significant block classification unit that performs significant / non-significant classification on the sampled blocks;
The screen offset correction unit is characterized in that, for the sampling block selected by the sampling block selection unit and the reference image at the same position, a difference absolute value sum, a mean square error, etc. regarding at least one of a luminance signal and a color difference signal If there are more than a certain number of sampling blocks with the same feature amount in the entire frame, offset correction that gives the same effect to the entire image frame is performed,
The significant / non-significant block classification unit compares the feature amount of the sampling block with a predetermined threshold, and classifies the significant block or the non-significant block according to the size,
An image monitoring apparatus, wherein a significant region including a significant block after the screen offset correction is cut out.
前記サンプリングブロック選択部は、複数フレーム毎にサンプリングブロックの位置を周期的に切り替えることを特徴とする画像モニタリング装置。The image monitoring apparatus according to claim 1,
The image monitoring apparatus, wherein the sampling block selection unit periodically switches the position of the sampling block every plural frames.
前記有意・非有意ブロック分別部は有意率を計算し、該有意率が予め定められた閾値より大きい場合には、前記参照画像作成部に参照画像の更新の指令をすることを特徴とする画像モニタリング装置。The image monitoring apparatus according to claim 1 or 2,
The significant / non-significant block classification unit calculates a significance rate, and if the significance rate is greater than a predetermined threshold value, instructs the reference image creation unit to update a reference image. Monitoring device.
前記有意領域は、有意ブロックを中心にその周囲のブロックに広げて探索して求められることを特徴とする画像モニタリング装置。The image monitoring device according to any one of claims 1 to 3,
The image monitoring apparatus according to claim 1, wherein the significant area is obtained by searching for a significant block in a block surrounding the significant block.
前記画面は、360°全方位画像をパノラマ展開した画面であることを特徴とする画像モニタリング装置。In the image monitoring device according to any one of claims 1 to 4,
The image monitoring apparatus according to claim 1, wherein the screen is a panoramic image of a 360 ° omnidirectional image.
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