JPH0554128A - 写真測定を使用する自動ビデオ映像データベースの生成 - Google Patents

写真測定を使用する自動ビデオ映像データベースの生成

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JPH0554128A
JPH0554128A JP4022864A JP2286492A JPH0554128A JP H0554128 A JPH0554128 A JP H0554128A JP 4022864 A JP4022864 A JP 4022864A JP 2286492 A JP2286492 A JP 2286492A JP H0554128 A JPH0554128 A JP H0554128A
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frame
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data
moving body
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JP4022864A
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Gerald W Plunk
ジエラルド・ウエイン・プランク
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Raytheon Co
Original Assignee
Hughes Aircraft Co
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Publication date
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    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
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    • G09B29/00—Maps; Plans; Charts; Diagrams, e.g. route diagram
    • G09B29/003—Maps
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
    • G01C11/02—Picture taking arrangements specially adapted for photogrammetry or photographic surveying, e.g. controlling overlapping of pictures
    • G—PHYSICS
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    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
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    • G06T15/10—Geometric effects
    • G—PHYSICS
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    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
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    • G09B9/02—Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft
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    • H—ELECTRICITY
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  • Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)
  • Image Analysis (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、前方を見ながら飛行する航空機によ
るビデオ等の映像を下向きの映像のデータベースに実時
間で変換するる方法を得ることを目的とする。 【構成】 関係する地形20の上方を移動する航空機42で
傾斜前向順次映像データを獲得し、各フレームが形成さ
れる都度ｘ、ｙ、ｚ、ロール、ピッチ、およびヨーにつ
いて運動体の位置および姿勢を計算して航空機42の正確
な位置を推定し、隣接するフレームの重複部分23の対応
する画素を決定し、各フレームの対応する画素に対する
距離を計算し、各フレームの各画素に対するｘ、ｙ、ｚ
の位置を決定し、上から下を見た視野を生成するために
各フレームの低い部分から抽出された放射データのみを
使用して各フレームの各画素に対する高度データおよび
放射データを処理し、それによって映像発生システムに
使用されるのに適切な下向データベースを生成すること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、写真測定、特に３次元
ビデオ映像写真データベースを自動的に生成する方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータ生成合成映像（ＣＧＳＩ）
システムのような映像生成システムはシミュレートされ
た飛行訓練装置のようなシミュレータに使用される実時
間透視映像を生成するためにビデオ映像データベースを
必要とする。従来、そのようなビデオ映像データベース
は下向空中写真を撮影し、フィルムを現像し、関係する
地形を含むザイクパターンに写真を構成し記録させ、写
真をデジタル化し、放射平衡を行い、ＤＭＡ（defence
mapping agency）により与えられるような高度データに
対する写真を記録することで傾斜修正を行うことにより
生成された。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】残念ながら、写真可視
データベースは多くの時間および費用を必要とする。さ
らに、写真データは典型的に更新されない。しばしば、
高度データは関係する地形に存在せず、その区域の写真
およびステレオ対映像は存在しない。
【０００４】したがって、本発明の目的は、手作業を介
在させず、短時間で完成でき、フィルム処理およびフィ
ルムデジタル化を必要せず、高度データ、写真、または
ステレオ対映像が存在しない区域からデータベースを生
成することが可能な３次元写真データベースを自動的に
生成させる方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の原理によると、
航空機は地上制御点として使用される既知の地上の特徴
上を飛行する。映画撮影カメラまたはビデオカメラのよ
うなカメラを使用して傾斜の視点から地上の写真が撮影
される。飛行後、フィルムは自動データベース生成コン
ピュータに直接供給されるデジタル化された写真を得る
ために現像される。記録、放射平衡、傾斜修正、または
多重映像のモザイクの形成の必要はない。したがって、
本発明の方法は下向写真を使用する通常の技術よりも時
間消費および労力が少ない。本発明の方法は手作業を介
在させる必要がなく、短時間でデータ獲得からデータ完
成を経てデータベースを生成させる。自動データベース
生成コンピュータは地形図上の既知の地上制御点に基づ
いて各フレームに対する航空機の位置を計算する。隣接
するフレームの共通カバー範囲の重複区域において、航
空機の位置は同じ地上の特徴に対して移動したカメラ位
置から計算される。この処理は約２０個の共通点が隣接
のフレームに対して計算されるまで他の付加的な点また
は地上の特徴について継続される。フレームからフレー
ムへの計算に加えて、コンピュータはまた幾つかのフレ
ームをとばし、ほぼ６個ごとのフレームから位置を計算
する。このようにして、計算は継続的に更新される。自
動データベース生成コンピュータは映像の各フレームに
関して航空機の位置および姿勢を適切に推定するために
最新の拡張されたカルマンフィルタ技術を使用する。こ
れは各フレームの露出の瞬間にカメラの方向を連続して
スムーズに決定する。運動体の位置および姿勢のカルマ
ンフィルタ推定はｘ、ｙ、ｚ、ロール、ピッチ、および
ヨーの６つの自由度に関して行われる。自動データベー
ス生成コンピュータは隣接のフレームの対応する画素を
決定するために相関フィルタを使用する。コンピュータ
は移動したカメラ位置からこれらの対応する画素表面ま
での距離を計算し、ｘ、ｙ、およびｚの位置を決定す
る。各画素の高度データおよび放射データが決定され
る。放射データはフレームがカメラに接近するため各フ
レームの低い部分からのみ抽出される。各画素の放射デ
ータは２５６要素の情報を示す８デジタルビットによっ
て与えられる。最終的に、映像は上から下を見た視野を
生成するために高度データにより変換される。生じたデ
ータベースはシミュレータに使用される透視映像を生成
するためにＣＧＳＩシステムのような映像生成システム
に使用される。
【０００６】
【実施例】図１を参照すると、建物13を含む起伏地形12
上を飛行路11に沿って飛行している航空機10が示されて
いる。航空機10は地形12の連続空中写真を撮影するカメ
ラ14を搭載している。カメラ14は図中の２つのライン1
5，16のような傾斜視野を有する。カメラ14は飛行路11
に沿った映像のフレームのシーケンスを生成するビデオ
カメラまたは映画撮影カメラ等であってもよい。映像の
隣接するフレーム間の実質上の重複区域が連続的に存在
する。単一カメラ14は映像のフレームのシーケンスを形
成するために使用されることが理解されるであろう。以
下指摘されるように、ステレオ対写真測定の変更された
原理は映像のフレームのシーケンスから得られたデータ
を処理するために使用されるので、カメラのステレオ対
は無用である。
【０００７】図２を参照すると、ステレオ写真測定の幾
何学的原理が示されている。写真の各映像点は目標情景
の特有の点に対応することが明らかに理解されるべきで
ある。幾何学的関係は２次元写真の映像点間と３次元の
目標空間の対応する位置の間に存在する。数学分野にお
いてわずかに異なる視点から同時に撮影される下向写真
のステレオスコープ対の問題を解決する方法が存在す
る。図２において、表面区域20は２つの異なるカメラ位
置21，22から写真撮影される。２枚の写真による共通カ
バー範囲23の区域はステレオスコープ重複と呼ばれる。
２つの異なるカメラ位置21，22の写真フィルムは撮影さ
れる表面区域20の映像を記録する。複数のライン26は表
面区域20上の別々の点27からカメラ位置21，22に延びる
光線を示す。図２において、フィルムから形成された写
真24，25はそこを通過する複数のライン26を有する。
【０００８】各写真24，25は目標空間から進行し、レン
ズ系を通過し、写真フィルムに記録される光線束の記録
と考えられる。写真を測定する第１の方法において、共
通カバー範囲23のステレオスコープ重複区域の光学モデ
ルは２つの投影器を具備するステレオプロッタとして知
られている計器に構成される。各光線束はディアポジガ
ラス板またはネガフィルムのいずれかを１つの投影器に
挿入することによって再構成される。２つの投影器は２
つのカメラ位置21，22において写真撮影されたときと同
じ相対位置および姿勢になるまで変換され傾けられる。
投影器が適切に位置付けされたとき、２つの光線束に対
応する光線は空間において交差し、３次元光学モデルが
形成される。最終的に、既知の地上位置（制御位置と呼
ばれる）の点はモデルをスケールしステレオプロッタの
基準平面に関してモデルを水平にするために使用され
る。一度方向付けが完了されると、ステレオモデルの任
意の点の位置は２つの投影器からの２つの対応する光線
の交差において測定されることができる。
【０００９】コンピュータ写真測定と呼ばれる写真測定
を行う第２の方法において、各光線路は目標空間の点の
位置、写真中の対応映像点の位置、地上基準システムの
露出センターの位置、カメラの光軸の方向、およびカメ
ラの遠近幾何学の関数である数式によって表される。カ
メラの遠近幾何学がカメラ較正によって決定され、３つ
以上の制御点が写真に映像形成されるならば、地上制御
基準システムに関するカメラの位置および姿勢は決定さ
れることが可能である。一度、ステレオスコープ対の両
写真24，25の方向付けが知られると、共通カバー範囲23
の重複区域に位置される任意の目標物体の位置は２本の
光線の交差点として計算されることができる。ステレオ
プロッタおよびコンピュータ写真測定の両者において、
露出の瞬間におけるカメラの方向の決定は測定方法に必
要な段階である。この方向はｘ、ｙ、ｚ、ロール、ピッ
チ、およびヨーの６つの自由度によって表される。
【００１０】図３を参照すると、傾斜順次映像から下向
３次元データベースを生成する本発明の方法が示されて
いる。図３は撮影される表面区域20が同一であるので図
２にほぼ対応する。図３はまた飛行路40に沿って進行す
る運動体が２つのカメラ位置41，42において傾斜視野で
連続空中写真を撮影するので図１に対応する。複数のラ
イン43は表面区域20上の別々の点27からカメラ位置41，
42に延びる光線を示す。図２において見られた共通カバ
ー範囲23の区域はまた傾斜視野写真がわずかに異なる瞬
間にわずかに異なる視点から撮影されるため図３に存在
する。したがって、変更された数学技術またはステレオ
対の方法は地形高度データを自動的に生成し傾斜順次映
像から下向データベースを生成するために使用される。
【００１１】図１を再度参照すると、航空機10は地上制
御点として使用される既知の地上特徴を有する既知の通
路11上を飛行する。対応する地図はこの地上制御点の位
置および高度を与える。この地図が関係する地形に利用
できるならば、ＤＭＡからのデータは初期の粗解ｘ、
ｙ、ｚの位置データを設定するために使用されることが
できる。予め選択された飛行路11を飛行し２つのライン
15，16により示された傾斜視野に沿ってカメラを照準す
ること以外には何も航空機10に搭載する必要はない。典
型的に、カメラ14は１秒当り３０個のフレームの速度で
写真を撮影する。それ故、３０分の飛行で５４，０００
個の写真フレームが形成される。
【００１２】飛行終了後、フィルムはカメラから取出さ
れ、現像される。もしカメラ14が映画撮影カメラである
ならば、フィルムは化学工程を使用して現像され、フレ
ームはデジタル化される。もしカメラ14がビデオカメラ
であるならば、ビデオ信号はデジタル化された写真を得
るために処理される。デジタル化された信号を直接生成
し任意の中間過程を必要しないカメラ14を使用すること
は可能である。デジタルビデオまたはビデオテープから
のデータベース生成はフィルム処理もフィルムデジタル
化も必要としない。一度、順次傾斜デジタル化映像が得
られると、自動データベース生成コンピュータに直接供
給される。記録、放射平衡、傾斜修正、または多重映像
のモザイクを形成する必要はない。したがって、本発明
の方法は下向写真を使用する通常の方法よりも時間およ
び労力が少ない。本発明の方法は手作業が介在せず、デ
ータ獲得からデータベース完成まで短時間でデータベー
スを生成する。
【００１３】自動データベース生成コンピュータは地形
図上の既知の地上制御点に基づいて各フレームに対して
航空機10の位置を計算する。隣接するフレームの共通カ
バー範囲23の重複区域に関して、航空機10の位置は同じ
地上特徴に対して移動したカメラ位置41，42から計算さ
れる。この過程は約２０個の共通点が隣接のフレームに
対して計算されるまで他の付加的な点または地上特徴に
よって継続される。フレームからフレームへの計算に加
えて、コンピュータはまた幾つかのフレームをとばし、
ほぼ６個ごとのフレームから位置を計算する。このよう
にして、計算は継続して行われる。
【００１４】自動データベース生成コンピュータは映像
の各フレームに関して航空機10の位置および姿勢を適切
に推定するために最新の拡張されたカルマンフィルタ技
術を使用する。これは各フレームの露出の瞬間のカメラ
の方向を連続してスムーズに決定する。運動体の位置お
よび姿勢のカルマンフィルタ推定はｘ、ｙ、ｚ、ロー
ル、ピッチ、およびヨーの６つの自由度に関して行われ
る。
【００１５】自動データベース生成コンピュータは隣接
するフレームの対応する画素を決定するために相関フィ
ルタを使用する。コンピュータは移動したカメラ位置4
1，42からこれらの対応する画素表面までの距離を計算
し、ｘ、ｙ、およびｚの位置を決定する。数学的解析に
おいてステレオ対の類似の問題を解決するために写真測
定の分野において使用された現在の数式の変形が含まれ
ている。これは図２に関連して上述されたとおりであ
る。各画素に対する高度データおよび無線測定データが
決定される。無線測定データはフレームがカメラに接近
するため各フレームの低い部分からのみ抽出される。図
１に関して、前景ライン16は背景ライン16よりも短いこ
とに注意すべきである。各画素に対する無線測定データ
は２５６要素の情報を示す８デジタルビットによって与
えられる。これは赤色、青色、緑色または白黒グレース
ケールのレベルであってもよい。
【００１６】各フレームの各画素に対する高度情報およ
び無線測定情報は自動データベース生成コンピュータに
よって決定された後、映像は上から下を見る視野を生成
するために高度データに変換される。それからこのデー
タベースはシミュレーション用の実時間遠近映像を生成
するためにＣＧＳＩシステムのような映像生成システム
に使用される。デジタル下向写真により生成される通常
のデータベースと異なる、本発明にしたがって構成され
たデータベースは特有であり建物の側面の映像を与え
る。通常の下向データベースは傾斜視野を得るために変
換されるとき、建物の側面の映像ではなく歪んだ屋根の
映像だけが得られる。
【００１７】以上、傾斜順次写真映像から下向データベ
ースを自動的に生成する方法が説明された。上述の方法
は本発明の原理の応用を示す多くの特定の段階または変
化の幾つかを単に例示したものであることを理解すべき
である。明らかに、多くの他の方法は本発明の技術的範
囲から逸脱することなく当業者によって容易に案出され
ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】関係する地形上を飛行し、傾斜空中写真を撮影
する航空機の説明図。
【図２】ステレオ写真測定の幾何学的原理の概略図。
【図３】傾斜順次映像から下向３次元データベースを生
成する本発明の方法において使用される幾何学的原理の
概略図。
【符号の説明】
10…航空機、11…飛行路、12…地形、13…建物。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 関係する地形の上方を移動する運動体に
    関する傾斜前向順次映像データを獲得し、 各フレームが形成される都度ｘ、ｙ、ｚ、ロール、ピッ
    チ、およびヨーについて運動体の位置および姿勢を計算
    し、 各フレームがｘ、ｙ、ｚ、ロール、ピッチ、およびヨー
    について形成されたとき運動体の正確な位置を推定し、 隣接するフレームの対応する画素を決定し、 各フレームの対応する画素に対する距離を計算し、 各フレームの各画素に対するｘ、ｙ、ｚの位置を決定
    し、 上から下を見た視野を生成するために各フレームの低い
    部分から抽出された放射データのみを使用して各フレー
    ムの各画素に対する高度データおよび放射データを処理
    し、それによって映像発生システムに使用されるのに適
    切な下向データベースを生成する段階を含むことを特徴
    とする傾斜順次映像から下向きデータベースを生成する
    方法。
  2. 【請求項２】 傾斜前向順次映像フレームを獲得する段
    階は、 関係する地形の上方を移動する運動体に関する傾斜前向
    順次映像データを獲得し、 傾斜前向順次映像フレームをデジタル化する段階を含ん
    でいる請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 傾斜前向順次映像フレームを獲得する段
    階は、関係する地形の上方を移動する運動体からの傾斜
    前向順次映像フレームをデジタル的に記録する段階を含
    んでい請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 隣接するフレームの対応する画素を決定
    する段階は、相関フィルタの使用によって隣接するフレ
    ームの対応する画素を決定する段階を含んでいる請求項
    １記載の方法。
  5. 【請求項５】 傾斜前向順次映像フレームを獲得する段
    階は、カルマンフィルタ法を使用してｘ、ｙ、ｚ、ロー
    ル、ピッチ、およびヨーに関して各フレームが形成され
    るたときに運動体の正確な位置を推定する段階を含んで
    いる請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 各フレームの各画素に対する高度データ
    および放射データを処理する段階は、単一記録カメラを
    使用して関係する地形の上方を移動する運動体からの傾
    斜前向順次映像フレームを記録する段階を含んでいる請
    求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 傾斜前向順次映像フレームを獲得する段
    階は、 各フレームの低い部分から抽出された放射データのみを
    使用して各フレームの各画素に対する高度データおよび
    放射データを設定し、 上から下を見た視野を生成するために高度データについ
    て映像を変換し、これによって映像生成システムに使用
    されるのに適した下向きデータベースを生成する段階を
    含んでいる請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 単一記録カメラを使用して関係する地形
    の上方を移動する運動体に関する傾斜前向順次映像デー
    タを獲得し、 傾斜前向順次映像フレームをデジタル化し、 各フレームが形成されたときｘ、ｙ、ｚ、ロール、ピッ
    チ、およびヨーについて運動体の位置および姿勢を計算
    し、 各フレームがｘ、ｙ、ｚ、ロール、ピッチ、およびヨー
    について形成されたとき運動体の正確な位置を推定し、 相関フィルタを使用して隣接するフレームの対応する画
    素を形成し、 各フレームの対応する画素に対する距離を計算し、 各フレームの各画素に対するｘ、ｙ、ｚの位置を決定
    し、 上から下を見た視野を生成するために各フレームの低い
    部分から抽出された放射データのみを使用して各フレー
    ムの各画素に対する高度データおよび放射データを処理
    し、それによって映像発生システムに使用されるのに適
    切な下向きデータベースを生成する段階を含んでいるこ
    とを特徴とする傾斜順次映像から下向きデータベースを
    生成する方法。
  9. 【請求項９】 傾斜前向順次映像フレームを獲得する段
    階は、カルマンフィルタ法を使用してｘ、ｙ、ｚ、ロー
    ル、ピッチ、およびヨーに関して各フレームが形成され
    たときに運動体の正確な位置を推定する段階を含んでい
    る請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 各フレームの各画素に対する高度デー
    タおよび放射データを処理する段階は、単一記録カメラ
    を使用して関係する地形の上方を移動する運動体からの
    傾斜前向順次映像フレームを記録する段階を含む請求項
    ８記載の方法。
  11. 【請求項１１】 傾斜前向順次映像フレームを獲得する
    段階は、 各フレームの低い部分から抽出された放射データのみを
    使用して各フレームの各画素に対する高度データおよび
    放射データを設定し、 上から下を見た視野を生成するために高度データについ
    て映像を変換し、それによって映像生成システムに使用
    されるのに適した下向きデータベースを生成する段階を
    含んでいる請求項９記載の方法。
  12. 【請求項１２】 関係する地形の上方を移動する運動体
    から傾斜前向順次映像フレームを獲得し、 傾斜前向順次映像フレームをデジタル化し、 デジタル化された傾斜前向順次映像フレームをコンピュ
    ータに負荷し、 各フレームが形成されたとき既知の地上制御位置から
    ｘ、ｙ、ｚ、ロール、ピッチ、およびヨーについて運動
    体の位置を計算し、 各フレームが形成されたとき拡張されたカルマンフィル
    タ技術を使用してｘ、ｙ、ｚ、ロール、ピッチ、および
    ヨーについて運動体の正確な位置を推定し、 相関フィルタの使用によって隣接のフレームの対応する
    画素を決定し、 ステレオ対の問題を解決するために使用される通常の数
    式の変形を使用して各フレームの対応する画素に対する
    距離を計算し、 各フレームの各画素に対するｘ、ｙ、ｚの位置を決定
    し、 各フレームの低い部分から抽出された放射データのみを
    使用して各フレームの各画素に対する高度データおよび
    放射データを設定し、 上から下を見た視野を生成するために高度データについ
    て映像を変換し、それによって映像生成システムに使用
    されるのに適した下向きデータベースを生成する段階を
    含んでいることを特徴とする傾斜順次映像から下向きデ
    ータベースを生成する方法。
JP4022864A 1991-02-07 1992-02-07 写真測定を使用する自動ビデオ映像データベースの生成 Pending JPH0554128A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/651,819 US5259037A (en) 1991-02-07 1991-02-07 Automated video imagery database generation using photogrammetry
US651819 1991-02-07

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Publication Number Publication Date
JPH0554128A true JPH0554128A (ja) 1993-03-05

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ID=24614355

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4022864A Pending JPH0554128A (ja) 1991-02-07 1992-02-07 写真測定を使用する自動ビデオ映像データベースの生成

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US (1) US5259037A (ja)
EP (1) EP0498542A3 (ja)
JP (1) JPH0554128A (ja)
CA (1) CA2058877A1 (ja)
IL (1) IL100526A (ja)

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