KR101701059B1 - 스마트폰을 이용한 동공반응 확인장치 - Google Patents

스마트폰을 이용한 동공반응 확인장치 Download PDF

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KR101701059B1 KR1020150147722A KR20150147722A KR101701059B1 KR 101701059 B1 KR101701059 B1 KR 101701059B1 KR 1020150147722 A KR1020150147722 A KR 1020150147722A KR 20150147722 A KR20150147722 A KR 20150147722A KR 101701059 B1 KR101701059 B1 KR 101701059B1
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임수빈
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이현수
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Abstract

본 발명은 영상 촬영 환경의 제한없이 동공의 크기를 추출하고 동공변화를 확인할 수 있는 스마트폰을 이용한 동공반응 확인장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 스마트폰을 이용한 동공반응 확인장치는, 스마트폰으로 눈동자의 영상을 촬영할 수 있도록 스마트폰(1)의 카메라(2)를 작동시키는 카메라 작동부(10)와; 카메라 작동부(10)에 의해서 스마트폰(1)의 카메라(2)에서 촬영된 동영상을 저장하는 동영상 저장부(30)와; 동영상 저장부(30)에 의해서 저장된 동영상에서 플래시 작동전의 눈동자와 플래시 작동후의 눈동자 이미지를 각각 선택하는 영상 선택부(40)와; 영상 선택부(40)에 의해서 선택된 플래시 작동전과 작동 후의 눈동자 이미지에서 동공을 각각 확인하는 동공 확인부(50)와; 동공 확인부(50)에 의해서 확인된 플래시 이전의 동공의 크기와 플래시 이후의 동공의 크기를 비교하여 동공의 변화를 판정하는 동공변화 판정부(60)와; 카메라(2)로 촬영된 눈동자에 대한 정보를 디스플레이시키는 동공정보 표시부(70);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

스마트폰을 이용한 동공반응 확인장치{Pupil reaction Check apparatus using smartphone}
본 발명은 영상 촬영 환경의 제한없이 동공의 크기를 추출하고 동공변화를 확인할 수 있는 스마트폰을 이용한 동공반응 확인장치에 관한 것이다.
무조건반사는 척추동물이 처음부터 가지고 태어나는 반응이다. 무조건반사는 그 기능에 따라서 체성반사와 내장반사로 나눌 수 있다. 외부 자극과 운동에 관련되어 체성신경계가 반응하는 반사는 체성반사이며, 자율신경계에 의해 작동하는 반사는 내장반사이다. 대표적인 체성반사는 무릎반사이며, 내장반사로는 동공반사가 있다.
무조건반사는 무의식 중에도 반응하는 반사이므로 응급상황시 의식이 없는 환자에게 동공에 빛을 비추어 동공 반응을 확인함으로써 교감신경, 부교감신경, 뇌와 뇌간의 이상 유무를 간접적으로 확인할 수 있는 유용한 반응이다.
일반적인 동공의 크기는 빛을 받았을 때 지름이 약 2mm, 어두운 곳에서는 지름이 약 6mm이다. 동공의 모양은 정원이고 대광반사는 즉각적으로 반응되어야 한다. 비정상적인 동공반응으로는 동공이 빛에 반응을 보이지 않으며 산동되어 있는 동안신경 압박, 동공 위치가 중앙에 있으며 반응을 보이지 않는 중뇌 손상, 동공크기가 작으며 크기가 같고 빛에 반응이 있는 것은 간뇌 손상 등 여러 증상이 있다. 동공의 모양과 반응으로 뇌의 어느 부위가 이상이 있는지 파악할 수 있다.
의식 불명 환자의 동공의 크기와 빛에 대한 반응도를 측정하기 위한 일반적인 방법은 진찰자가 광원을 사용하여 동공 반응의 정도를 검사자 기준에 따라 대략적으로 파악한다. 이것은 진찰자의 주관적 판단이므로 개인차에 의한 오류 발생과 경험의 차이에 의한 해석의 오류가 발생할 수 있다. 오류가 발생한 경우 의료인력간의 표준화가 되지 않아 적절한 대처가 이뤄지지 않을 수 있거나 과잉된 의료행위가 제공될 수 있다.
이러한 문제점 때문에 스마트폰의 카메라를 이용하여 동공의 변화를 촬영한 후 영상처리를 사용해 동공크기의 변화를 측정하였고 객관적인 판단이 가능하도록 애플리케이션을 개발에 필요한 기초연구를 하였다.
본 발명의 목적은 영상 촬영 환경의 제한없이 동공의 크기를 추출하고 동공변화를 확인할 수 있는 스마트폰을 이용한 동공반응 확인장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 눈동자의 동영상을 촬영하면서 플래시를 비추어 동공의 전후 변화를 실시간으로 정확하게 확인할 수 있는 스마트폰을 이용한 동공반응 확인장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 스마트폰을 이용한 동공반응 확인장치는, 스마트폰으로 눈동자의 영상을 촬영할 수 있도록 스마트폰(1)의 카메라(2)를 작동시키는 카메라 작동부(10)와; 카메라 작동부(10)에 의해서 스마트폰(1)의 카메라(2)에서 촬영된 동영상을 저장하는 동영상 저장부(30)와; 동영상 저장부(30)에 의해서 저장된 동영상에서 플래시 작동전의 눈동자와 플래시 작동후의 눈동자 이미지를 각각 선택하는 영상 선택부(40)와; 영상 선택부(40)에 의해서 선택된 플래시 작동전과 작동 후의 눈동자 이미지에서 동공을 각각 확인하는 동공 확인부(50)와; 동공 확인부(50)에 의해서 확인된 플래시 이전의 동공의 크기와 플래시 이후의 동공의 크기를 비교하여 동공의 변화를 판정하는 동공변화 판정부(60)와; 카메라(2)로 촬영된 눈동자에 대한 정보를 디스플레이시키는 동공정보 표시부(70);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 스마트폰(1)의 카메라 일측에 접사렌즈(3)를 부착되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 카메라 작동부(10)는 카메라(2)를 작동시킨 이후에 일정시간이 경과하면 카메라(2)의 작동을 정지시키는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 카메라 작동부(10)에 의해서 스마트폰(1)의 카메라(2)가 작동된 이후에 스마트폰(1)의 플래시를 작동시키는 플래시 작동부(20)를 더 포함하고, 플래시 작동부(20)는 카메라 작동부(10)를 작동되고 일정 시간 이후에 자동으로 작동되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 동공 확인부(50)는 촬영된 RGB 컬러의 눈동자 영상을 HSV 모델로 변환하는 공정과, HSV 모델 영상을 Hue 영상과 Saturation 영상에 대한 그레이 영상으로 변환하는 공정, 이진화한 Hue 영상에서 플래시가 비춰진 영역과 동공의 영역을 검출하는 공정, 이진화한 Saturation 영상에서는 플래시가 비춰지지 않은 영역과 동공의 영역을 검출하는 공정, 두개의 영상을 매칭시켜 동공 영역을 검출하는 공정, 이진화된 영상에서 잡음을 제거하는 공정, 잡음이 제거된 영상에서 테두리(edge)를 검출하여 테두리 안의 내용을 채우는 연산을 수행하여 동공의 원을 검출하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 동공정보 표시부(70)는 동공 확인부(50)에 의해서 확인된 플래시 이전의 눈동자 영상과 플래시 이후의 눈동자 영상을 함께 디스플레이시키는 동공영상 표시부(71)와, 동공변화 판정부(60)에 의해 확인된 플래시 이전의 동공크기와 플래시 동공크기에 대한 정보를 표시하는 동공크기 표시부(72)와, 동공변화가 기준이하이면 경고표시하는 경고 표시부(73)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 스마트폰을 이용한 동공반응 확인장치는 스마트폰의 카메라를 이용하여 눈동자를 촬영하고, 촬영된 영상을 HSV컬러 모델 변환을 사용하고 이진화 및 잡음 제거 후 경계 추적을 통하여 홍채와 동공을 검출하기 때문에 영상 촬영 환경의 제한없이 동공의 크기를 추출하고 동공변화를 확인할 수 있는 효과가 있다.
또한, 눈동자의 동영상을 촬영하면서 플래시를 자동으로 작동시켜 플래시 작동에 필요한 불필요한 동작이 없기 때문에 카메라의 흔들림을 방지하여 동일한 거리에서 눈동자를 촬영할 수 있는 효과가 있다.
또한, 스마트폰을 이용하기 때문에 고가의 별도 장비없이 저렴하고 빠르게 동공 반응 검사를 실시할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 스마트폰의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 스마트폰을 이용한 동공반응 확인장치의 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 눈동자의 동영상에서 동공을 검출하기 위한 영상처리의 흐름도.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 영상처리결과의 예시사진.
도 6은 플래시의 작동 전후에 대한 동공크기에 대한 예시사진.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 스마트폰을 이용한 동공반응 확인장치에 대하여 자세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 스마트폰을 이용한 동공반응 확인장치는 스마트폰(1)의 카메라(2)를 이용하여 눈동자를 동영상으로 촬영한 후에 동공의 크기를 확인하는 것이다. 이때, 스마트폰(1)의 경우 접사의 초점거리의 한계가 있기 때문에 접사렌즈(3)를 부착하여 사용하거나 또는 접사렌즈가 일체로 부착된 것이 바람직하다. 이러한, 스마트폰을 이용한 동공반응 확인장치는 스마트폰(1)에 어플리케이션으로 설치되는 것이 바람직하다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 스마트폰을 이용한 동공반응 확인장치는 카메라 작동부(10), 플래시 작동부(20), 동영상 저장부(30), 영상 선택부(40), 동공 확인부(50), 동공변화 판정부(60), 동공정보 표시부(70)를 포함한다.
카메라 작동부(10)는 스마트폰으로 눈동자의 영상을 촬영할 수 있도록 스마트폰(1)의 카메라(2)를 작동시킨다. 이때, 카메라(2)를 작동시킨 이후에 30초, 1분 등과 같이 일정시간이 경과하면 자동으로 카메라(2)의 작동을 정지시키는 것이 바람직하다. 이에 따라 스마트폰(1)의 사용자가 대상자의 눈동자를 촬영하는데 카메라(2)의 off에 신경쓰지 않아도 되기 때문에 집중할 수 있게 된다.
플래시 작동부(20)는 카메라 작동부(10)에 의해서 스마트폰(1)의 카메라(2)가 작동된 이후에 스마트폰(1)의 플래시를 작동시킨다. 이때, 플래시 작동부(20)는 사용자가 플래시를 작동시킬 수 있도록 스위치(미도시)로 표시되지만, 카메라 작동부(10)가 작동되고 일정 시간 이후에 자동으로 작동되는 것이 바람직하다. 이러한 플래시 작동부(20)에 의해서 카메라(2)로 눈동자를 촬영하는 동안에 플래시에서 빛이 발생되면 눈동자의 동공이 빛 자극으로 축소되는 변화를 연속적으로 촬영할 수 있게 되며, 플래시를 작동시키 위해서 카메라(2)를 조작할 필요가 없기 때문에 카메라(2)의 흔들림을 방지하여 동일한 거리에서 눈동자를 촬영할 수 있게 된다. 한편, 플래시는 카메라(2)에 이웃하게 설치된 플래시(4)이거나 또는 카메라(2)의 하단에 설치된 전용 플래시(4')인 것이 바람직하다. 이때, 카메라의 하단에 전용 플래시(4')를 설치하면 빛이 눈동자의 하부에서 비추기 때문에 동공의 변화를 용이하게 확인할 수 있게 된다.
동영상 저장부(30)는 카메라 작동부(10)에 의해서 스마트폰(1)의 카메라(2)에서 촬영된 동영상을 동영상DB(31)에 저장한다.
영상 선택부(40)는 동영상 저장부(30)에 의해서 저장된 동영상에서 플래시 작동전의 눈동자와 플래시 작동후의 눈동자 영상을 각각 선택한다. 예를 들면 플래시의 작동전 1 내지 2초의 눈동자 영상과 작동 후 1 내지 2초의 눈동자 영상을 선택할 수 있다. 또한, 영상 선택부(40)는 동공의 변화를 연속적으로 확인하는 경우에는 플래시 작동후의 일정간격으로 다수개의 눈동자 영상을 선택하게 된다.
동공 확인부(50)는 영상 선택부(40)에 의해서 선택된 플래시 작동전과 작동 후의 눈동자 이미지에서 동공을 각각 확인한다. 이때, 동공 확인부(50)는 동공의 변화를 연속적으로 확인하기 위하여 다수개의 눈동자 영상이 선택된 경우에는 각각의 눈동자 영상에서 동공을 확인하고, 보간(interpolation)하여 연속적인 동공의 변화를 확인한다.
이러한 동공 확인부(50)는 촬영된 RGB 컬러의 눈동자 영상을 HSV컬러 모델 변환을 사용하고 이진화 및 잡음 제거 후 경계 추적을 통하여 홍채와 동공을 검출하게 된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 촬영된 RGB 컬러의 눈동자 영상(도 4(a))을 인간의 시각시스템과 유사한 컬러 모델로써 색상(Hue), 채도(Saturation), 명도(Value)를 나타내는 HSV 모델(도 4(b))로 변환하고, HSV 모델 영상을 Hue 영상(도 4(c))과 Saturation 영상(도 4(d))에 대한 그레이 영상으로 변환한다. 또한, 스마트폰(1)의 플래시를 홍채 영역에 비추면 플래시가 비친 동공의 좌, 우 영역에 차이를 보이기 때문에 이진화한 Hue 영상에서 플래시가 비춰진 영역과 동공의 영역을 검출(도 5(a))하고, 이진화한 Saturation 영상에서는 플래시가 비춰지지 않은 영역과 동공의 영역을 검출(도 5(b))하며, 두개의 영상을 매칭시켜 동공 영역을 검출한다(도 5(c)). 이때, 이진화된 영상에 모폴로지 연산(침식, 팽창)과 가우시안필터(Gaussian Filter)를 사용하여 잡음을 제거하는 것이 바람직하다. 또한, 잡음이 제거된 영상에서 테두리(edge)를 검출하여 테두리 안의 내용을 채우는 연산을 수행하여 동공의 원 검출이 용이하게 하는 것이 바람직하다.
동공변화 판정부(60)는 동공 확인부(50)에 의해서 확인된 플래시 이전의 동공의 크기와 플래시 이후의 동공의 크기를 비교하여 동공의 변화를 판정한다. 이때, 동공변화 판정부(60)는 판정결과 동공의 변화가 기준 이하이면 동공변화에 이상이 있는 것으로 판정한다.
동공정보 표시부(70)는 카메라(2)로 촬영된 눈동자에 대한 정보를 디스플레이시킨다. 동공정보 표시부(70)는 동공 확인부(50)에 의해서 확인된 플래시 이전의 눈동자 영상과 플래시 이후의 눈동자 영상을 함께 디스플레이시키는 동공영상 표시부(71)와, 동공변화 판정부(60)에 의해 확인된 플래시 이전의 동공크기와 플래시 동공크기에 대한 정보를 표시하는 동공크기 표시부(72)와, 동공변화가 기준이하이면 경고표시하는 경고 표시부(73)를 포함한다. 이때, 동공크기 표시부(72)는 동공 확인부(50)에서 확인된 연속적으로 변화되는 동공을 사용자가 확인할 수 있도록 표시하는 것이 바람직하다.
이러한 동공정보 표시부(70)에 의해서 카메라(2)에서 촬영된 눈동자의 변화된 영상을 확인하면서 동공의 크기도 확인할 수 있으며, 동공변화가 기준 이하인 경우에는 위험상태로 확인하여 조치할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 스마트폰을 이용한 동공반응 확인장치의 동작과정에 대하여 자세히 설명한다.
먼저, 얼굴을 고정시킨 후에 스마트폰(1)의 카메라(2)를 이용하여 눈동자에 초점을 맞춘 후에 동영상으로 촬영하면, 854ㅧ484 크기의 영상으로 저장한다. 이때, 스마트폰(1)의 경우 접사의 초점거리의 한계가 있기 때문에 접사렌즈를 스마트폰(1) 카메라(2)에 부착하여 사용하는 것이 바람직하다.
스마트폰(1)에서 촬영이 시작된 후에 동공 반응 검사를 하기 위하여 플래시가 작동된다. 이때, 플래시는 카메라(2)의 작동 후에 일정시간 이후에 자동으로 작동되는 것이 바람직하다.
그리고, 동공변화를 확인하기 위하여 녹화된 RGB 컬러의 눈동자 영상을 HSV 모델로 변환하고, HSV 모델 영상을 Hue 영상과 Saturation 영상에 대한 그레이 영상으로 변환하며, 그 후, 이진화한 Hue 영상 및 이진화한 Saturation 영상에서는 플래시가 비춰지지 않은 영역과 동공의 영역을 검출하며, 두개의 영상을 매칭시켜 그림 도 6과 같이 동공의 크기를 확인한다. 빛을 비추었을 때 동공의 크기가 작아지는 것을 확인하였고 결과적으로 동공 반응한 것을 확인할 수 있었다. 도 6(a)은 빛을 비추지 않다가 비췄을 때의 동공의 크기이고 도 6(b)은 빛을 비춘 후 고정된 동공의 크기이다. 실험결과 71.2%의 동공 검출률을 얻었다.
이와 같이 플래시 전후의 동공크기가 확인되면 스마트폰(1)의 화면에 각각 표시하여 공공의 크기를 실시간으로 확인할 수 있게 된다.
본 발명은 상술한 바람직한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 청구범의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 간주한다.
1 : 스마트폰 2 : 카메라
3 : 접사렌즈 4,4' : 플래시
10 : 카메라 작동부 20 : 플래시 작동부
30 : 동영상 저장부 40 : 영상 선택부
50 : 동공 확인부 60 : 동공변화 판정부
70 : 동공정보 표시부 71 : 동공영상 표시부
72 : 동공크기 표시부 73 : 경고 표시부

Claims (9)

  1. 스마트폰으로 눈동자의 영상을 촬영할 수 있도록 스마트폰(1)의 카메라(2)를 작동시키는 카메라 작동부(10)와;
    카메라 작동부(10)에 의해서 스마트폰(1)의 카메라(2)에서 촬영된 동영상을 저장하는 동영상 저장부(30)와;
    동영상 저장부(30)에 의해서 저장된 동영상에서 플래시 작동전의 눈동자와 플래시 작동후의 눈동자 이미지를 각각 선택하는 영상 선택부(40)와;
    영상 선택부(40)에 의해서 선택된 플래시 작동전과 작동 후의 눈동자 이미지에서 동공을 각각 확인하는 동공 확인부(50)와;
    동공 확인부(50)에 의해서 확인된 플래시 이전의 동공의 크기와 플래시 이후의 동공의 크기를 비교하여 동공의 변화를 판정하는 동공변화 판정부(60)와;
    카메라(2)로 촬영된 눈동자에 대한 정보를 디스플레이시키는 동공정보 표시부(70);를 포함하되,
    동공 확인부(50)는 촬영된 RGB 컬러의 눈동자 영상을 HSV 모델로 변환하는 공정과, HSV 모델 영상을 Hue 영상과 Saturation 영상에 대한 그레이 영상으로 변환하는 공정, 이진화한 Hue 영상에서 플래시가 비춰진 영역과 동공의 영역을 검출하는 공정, 이진화한 Saturation 영상에서는 플래시가 비춰지지 않은 영역과 동공의 영역을 검출하는 공정, 두개의 영상을 매칭시켜 동공 영역을 검출하는 공정, 이진화된 영상에서 잡음을 제거하는 공정, 잡음이 제거된 영상에서 테두리(edge)를 검출하여 테두리 안의 내용을 채우는 연산을 수행하여 동공의 원을 검출하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스마트폰을 이용한 동공반응 확인장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    스마트폰(1)은 카메라 일측에 접사렌즈(3)가 부착되는 것을 특징으로 하는 스마트폰을 이용한 동공반응 확인장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    스마트폰(1)은 카메라의 하단에 전용 플래시가 별도로 위치하는 것을 특징으로 하는 스마트폰을 이용한 동공반응 확인장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    카메라 작동부(10)는 카메라(2)를 작동시킨 이후에 일정시간이 경과하면 카메라(2)의 작동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 스마트폰을 이용한 동공반응 확인장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    카메라 작동부(10)에 의해서 스마트폰(1)의 카메라(2)가 작동된 이후에 스마트폰(1)의 플래시를 작동시키는 플래시 작동부(20);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트폰을 이용한 동공반응 확인장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    플래시 작동부(20)는 카메라 작동부(10)를 작동되고 일정 시간 이후에 자동으로 작동되는 것을 특징으로 하는 스마트폰을 이용한 동공반응 확인장치.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    동공정보 표시부(70)는 동공 확인부(50)에 의해서 확인된 플래시 이전의 눈동자 영상과 플래시 이후의 눈동자 영상을 함께 디스플레이시키는 동공영상 표시부(71)와, 동공변화 판정부(60)에 의해 확인된 플래시 이전의 동공크기와 플래시 동공크기에 대한 정보를 표시하는 동공크기 표시부(72)와, 동공변화가 기준이하이면 경고표시하는 경고 표시부(73)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트폰을 이용한 동공반응 확인장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    동공의 변화를 연속적으로 확인하는 경우에는, 영상 선택부(40)는 플래시 작동후의 일정간격으로 다수개의 눈동자 영상을 선택하고, 동공 확인부(50)는 동공의 변화를 연속적으로 확인하기 위하여 다수개의 눈동자 영상이 선택된 경우에는 각각의 눈동자 영상에서 동공을 확인하고, 보간(interpolation)하여 연속적인 동공의 변화를 확인하며, 동공정보 표시부(70)는 동공 확인부(50)에서 확인된 연속적으로 변화되는 동공을 사용자가 확인할 수 있도록 표시하는 것을 특징으로 하는 스마트폰을 이용한 동공반응 확인장치.
KR1020150147722A 2015-10-23 2015-10-23 스마트폰을 이용한 동공반응 확인장치 KR101701059B1 (ko)

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