KR20020068151A - 수치사진측량 시스템 - Google Patents

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KR20020068151A KR1020010008428A KR20010008428A KR20020068151A KR 20020068151 A KR20020068151 A KR 20020068151A KR 1020010008428 A KR1020010008428 A KR 1020010008428A KR 20010008428 A KR20010008428 A KR 20010008428A KR 20020068151 A KR20020068151 A KR 20020068151A
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Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야.
본 발명은 항공 사진을 이용한 수치지도제작과정을 개인용 컴퓨터에서도 가능하게 구현한 수치사진측량시스템으로, 중복되는 두 영상을 이용하여 구현한 입체상태에서 수치표고모델(일명: DEM)을 추출하여 정사영상을 제작하거나 3차원 좌표 값을 생성하여 정확한 수치 지도의 제작, 기존 수치지도의 수정 또는 편집을 할 수 있도록 하는 시스템에 관한 것이다.
나. 발명이 해결하려는 기술적 과제.
종래의 수치지도 제작 방법으로 전문 도화사를 통하여 해석 도화기 또는 기계식 도화기를 이용하여 제작하는 경우에는 도화사에 대한 의존도가 높고 이로 인해 제작 단가가 높아지는 문제점을 포함하고 있다. 또한 기존에 제작된 수치 지도의 수정 및 편집을 위해서 전문도화 기술이 없는 일반인도 개인용 컴퓨터에서 수치 지도를 갱신 할 수 있도록 한다
다. 발명의 해결방법의 요지.
본 발명은 수치사진 측량 원리를 이용하여 두 중복되는 영상을 이용하여 입체 상태의 3차원 좌표를 만듦으로써 이를 통하여 수치 지도의 제작 및 편집과 영상의 표정기능, 두 영상의 입체 구현 기능, 항공사진 영상과 수치지도의 중첩 기능, DEM 제작기능, 정사사진 제작 기능 등을 수행할 수 있도록 하는 것이다.
라. 발명의 중요한 용도
수치지도제작 및 기존 수치지도의 수정/갱신

Description

수치사진측량 시스템{Digital Photogrammetric System}
본 발명은 항공 사진을 이용해서 수치 지도를 제작하고 편집할 수 있도록 하는 수치사진측량 시스템에 관한 것이다.
종래의 수치 지도 제작 방법으로는 전문 도화사가 1조(2매)의 항공 사진을 이용하여 해석 도화기나 기계적 도화기를 이용한 수치지도 제작 공정 일체를 수행하였다.
그러나 상기한 제작 방법을 통한 제작 과정에 있어서 전문 도화사가 도화기를 조작하여 수치 지도를 제작하므로 도화기 조작을 위한 제작 과정이 전문 도화사에게 의존적이게 되고 도화기와 같은 고가 장비 구비를 위한 비용과 장비를 다룰 수 있는 도화사와 같은 전문 인력에 따른 비용이 많이 소요되기 때문에 이로 인해 지도 제작에 있어서 생산 단가가 높아지는 문제점이 있는 것이다.
본 발명은 수치사진측량을 이용하여 개발된 것으로, 개인용 컴퓨터(PC)를 기반으로 사용자가 편리하고 신속하게 대용량의 두 영상 이미지를 수치 영상 처리와 3차원 입체 영상 구현 과정을 통해서 수치 지도를 제작하고 제작된 수치 지도의 편집, 영상의 표정, DEM 생성, 정사사진 제작 등의 기능을 수행할 수 있도록 하여 전문도화사가 아닐지라도 항공사진 영상을 이용하여 수치지도를 제작 또는 기존의 수치지도를 수정/편집할 수 있도록 하는 것이다.
도 1은 본 발명의 각 모듈을 나타낸 수치사진측량시스템 개발 구성도.
도 2는 본 발명을 이용한 수치지도 제작 및 정사영상 생성과정을 나타낸 흐름도.
도 3은 도 2의 수치지도 제작 과정 중 영상 변환 단계의 실시도.
도 4는 도 2의 수치지도 제작 과정 중 프로젝트 생성 단계의 실시도.
도 5는 도 2의 수치지도 제작 과정 중 표정 단계에서 내부 표정의 실시도.
도 6은 도 2의 수치지도 제작 과정 중 표정 단계에서 상호 표정의 실시도.
도 7은 도 2의 수치지도 제작 과정 중 표정 단계에서 절대 표정의 실시도.
도 8은 도 2의 수치지도 제작 과정 중 영상 재배열 단계의 실시도.
도 9는 도 2의 수치지도 제작 과정 중 입체 상태 표시 단계에서의 도화(수치지도 제작)과정의 실시도.
도 10은 항공사진영상과 이전에 제작된 수치지도의 중첩도.
도 11은 본 발명의 하드웨어 구성을 나타낸 구성도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 사진측량 컴포넌트(Photogrammetric Component)
10-1: 프로젝트 설정(Project) 10-2: 카메라(Camera)
10-3: 단일 사진(Single Photo) 10-4: 입체사진(Stereo Photo)
10-5: 모델(Model) 10-6: 스트립(Strip)
20: 이미지 컴포넌트(Image Component)
20-1: GTIFLib 20-2: Tile Cache Class
30: 벡터 컴포넌트(Vector Component)
30-1: 객체(Entities) 30-2: DXF Import/Export
30-3: 관계 연산자(Relational Operator)
40: 정사사진 콤포넌트(Orthophoto Component)
40-1: 불규칙 삼각망(TIN Generation)
40-2: 수치표고모형 추출 모듈(Manual DEM Collection)
40-3: 정사사진 생성모듈(Orthophoto Generation)
50: 뷰 컴포넌트(View Component)
50-1: 단 영상(Single View) 50-2: 입체영상(Stereo View)
60: 수학 라이브러리(Math Library)
70: 각 컴포넌트를 통해 수행되는 본 발명의 주된 흐름도
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 수치화 된 항공사진 이용하여 수치지도를 제작하거나 기존의 수치지도를 수정 및 갱신하는 시스템에 관한 것으로,
상기 시스템은 사진측량 콤포넌트(Photogrammetric component)(10), 이미지 콤포넌트(Image component)(20), 벡터 콤포넌트(Vector component)(30), 정사사진 콤포넌트(Orthophoto Component)(40), 뷰 콤포넌트(View component)(50)와 수학 라이브러리(Math Library)(60)로 구성된 것이다.
상기 사진측량 콤포넌트(10)는 항공사진 측량용 사진기를 통해 촬영된 항공사진 영상에 관한 것으로, 항공사진의 표정 등 처리과정에 오차의 범위를 사용자가 결정하거나 일반적인 사진측량공정을 진행하기 위한 필요한 여러 가지 환경을 설정하는 프로젝트 설정(10-1) 모듈과 촬영된 사진기의 종류 및 그에 따른 변수를 설정하기 위한 사진기 정보 모듈인 카메라(Camera)(10-2), 단일 사진 영상(10-3)과 입체 사진 영상(104)의 Display를 위한 영상의 배열 모듈인 모델(Model)(10-5)과 Strip(106)로 구성되어 있다.
상기 이미지 콤포넌트(20)는 대용량의 항공 사진영상을 빠르고 경제적으로 처리하기 위해 대용량의 영상을 다수의 이미지 조각으로 분리하는 타일링(Tiling)과정을 통해 이미지 처리 시 이용자에게 보다 빠르게 보여지고(display) 처리되는 속도를 향상 시켜주는 모듈인 GeoTIFLib(20-1)와 Tile Cache Class(20-2)로 구성되어 있다.
상기 벡터 콤포넌트(30)는 점, 선, 면, 텍스트, 심벌 등으로 구성된 각 객체(30-1)와 각 객체들의 영상 데이터 저장 시 우리 나라 수치지도 표준 포맷인 DXF 파일로 변환하여 입·출력 할 수 있도록 하는 DXF Import/Export(30-2)와 관계 연산자(Relational Operator)부분(30-3)으로 구성되어 있다.
상기 정사사진 콤포넌트(40)는 불규칙 삼각망(TIN) 생성을 위한 TIN Generation(40-1)과 항공 사진의 수치 고도 데이터를 이용하여 수치표고모형(DEM: Digital Elevation Model)을 추출하기 위한 모듈인 Manual DEM Collection(40-2), 추출된 수치표고모형을 이용하여 정사사진을 생성하는 모듈인 Orthophoto generation(40-3)으로 구성되는 것이다.
상기 뷰 콤포넌트(50)는 Over View , Roaming View, Measure View 등과 같은 단 영상(Single View)(50-1)과 입체 영상(Stereo View)(50-2)으로 구성되어 단 영상과 입체 영상을 화면에 표시하기 위한 모듈이다.
또한 상기 수학적 라이브러리(Math Library)는 상기 컴포넌트들을 통해 사진을 이용한 사진 측량을 실행하기 위해 필요로 하는 수학적 알고리즘을 종합한 모듈이다.
상기한 컴포넌트들과 수학적 라이브러리(Math Library)에 의해 수행되는 본 발명 단계의 주된 흐름도(70)로 상기 흐름도(70)는 컴포넌트의 재사용 가능한(reusable) 특성에 의해 각각의 컴포넌트가 연계되어 수행되거나 각기 독립적으로 수행되어 실행될 수 있는 것이다.
상기 흐름도(70)는 상기 컴포넌트들과 라이브러리를 통하여 실행되는 수치 지도 제작 과정을 나타낸 것으로, 내부 표정(Interior Orientation) 단계, 상호 표정(Relative Orientation) 단계, 절대 표정(Absolute Orientation) 단계, 영상 재배열(Resampling) 단계, 수치지도(Digital Map)제작 단계로 구성되어 있다.
이하에서는 상기한 흐름도(70)의 단계들을 통해 수치 지도를 제작하는 과정을 도 2의 흐름도와 실시 예를 통하여 보다 상세하게 설명할 것이다.
수치지도 제작의 첫 번째 단계는 대용량 영상을 처리하기 쉽도록 대용량의 이미지 데이터를 다수의 이미지 조각으로 분리하는 Tiling&Pyramid 과정을 수행하는 영상 변환 단계(201)로 도 3에 나타낸 바와 같은 변환 단계 프로그램을 통해 변환하고자 하는 파일을 지정하여 영상 처리가 용이하도록 파일 변환하는 것이다.
상기 영상 변환 단계(201)를 수행한 후에 수치 지도 제작 과정을 수행하기 위해 두 번째 단계인 프로젝트 설정 단계(202)를 수행하게 되는데 상기 프로젝트 설정 단계(202)는 도 4에 나타낸 바와 같은 오차 범위 설정, 영상의 저장 위치 선정, 좌표 체계 및 단위 결정을 설정함으로써 프로젝트의 정확도를 향상시키도록 하는 것이다.
상기 프로젝트 설정 단계(202) 수행 후에는 세 번째 단계인 표정(Orientation) 단계(203)를 수행한다.
상기 표정 단계(203)는 도 5에 나타낸 바와 같이 1장의 사진을 이용하여 표정 과정을 수행하는 내부 표정과 도 6에 나타낸 바와 같이 두 장의 사진을 이용하여 동일 포인트를 추출하는 상호 표정과 도 7에 나타낸 바와 같이 상기 상호 표정 후에 지상 기준점을 이용하여 지상좌표를 입력하는 절대 표정으로 구성되는 것이다.
상기 표정 단계(203)가 수행된 후에는 네 번째 단계로 에피폴라 영상을 제작하기 위한 영상 재배열 단계(204)가 수행되는데 도 8에 나타낸 프로그램을 통하여 수행되는 것으로 두 중복되는 영상을 재배열하는 과정으로 이러한 과정을 통하여두 영상을 입체 상태로 표시되도록 하는 것이다.
상기 영상 재배열 단계(204)를 통해 두 영상이 입체 상태로 표시되는 입체 시 상태 표시단계(205)가 수행되고, 상기 입체 시 상태를 통해서 수치 지도 제작 및 수정·갱신을 위한 단계 또는 정사 사진 생성을 위한 단계를 각각 수행할 수 있게 된다.
상기 입체 시 상태를 통해서 수행되는 단계 중에서 수치 지도 제작 및 수정·갱신을 위한 단계를 실행하기 위해서는 도 9에 나타낸 바와 같은 실행 창을 통해 수행되는 입체 시 표시 상태에서의 도화 과정으로 두 영상을 입체 상태로 구현한 후 3차원 좌표 값을 이용하여 수치 지도를 완성하게되는 것인데, 상기한 과정을 통해 완성된 수치 지도는 도 10에 나타낸 것과 같이 표시될 수 있다.
그리고 수치 지도 제작에 있어서 기존에 제작된 수치지도를 이용할 경우에는 기존의 수치지도 데이터를 입력하여 영상과의 중첩 상태에서 수정 또는 갱신 작업을 수행할 수 있다.
또한 상기 입체 시 상태를 통해서 수행되는 단계 중에서 정사 사진 생성을 위한 단계를 실행하기 위해서는 상기 입체 시 상태 표시 단계(205)에서 수치표고모형 생성 단계(207)를 통하여 수치고도 데이터를 이용하여 수치표고모형(DEM, Digital Elevation Model)을 추출하고, 상기한 과정을 통해 추출된 수치표고모형을 이용하여 정사영상 생성 단계(208)를 수행하여 정사사진을 생성하게 되는 것이다.
상기한 본 발명의 시스템을 이용하여 상기 수치 지도 제작과정을 수행하기 위하여 이용자가 갖추어야할 하드웨어 구성은 도 11에 나타낸 것과 같은데, 이용자는 하드웨어 구성을 구비한 후에 Windows NT 운영체제를 구축하고 상기 본 발명 시스템을 설치하여 실행시킴으로써 상기 수치 지도 제작 과정을 수행하고 수치 지도를 얻게되는 것이다.
상기 하드웨어 구성은 Pentium Ⅲ급으로 400㎒이상인 프로세서와 128MB이상인 메인 메모리 20GB이상인 하드디스크(DMA66, 7200 RPM)로 구성된 본체(110)와 키보드(Keyboard)(111), 3차원 입력 장치(3차원 컨트롤 디바이스, 휠 마우스)(112),3차원 그래픽 가속기(3D Graphics Accelerator, 40MB VRAM)(113), 1280 × 1024(105㎐) 또는 1152 ×864(120㎐)의 21"평면 사각브라운관 모니터(114)와 Monitor ZScreen(원형 편광판 + 편광 안경)과 CrystalEyes(ShutterEyewear + Emitter)(114)으로 구성되는 것이다.
본 발명을 통하여 전문적인 기술을 필요로 하는 도화기를 사용하지 않고도 일반 초보자들도 쉽게 컴퓨터(PC) 환경에서 수치 지도를 제작하고 편집할 수 있도록 하여 지도 제작비용의 절감 효과와 지리정보 시스템(GIS)의 기초 자료로 활용되는 영상과 수치 지도를 최신의 자료로 계속하여 얻을 수 있는 장점을 갖는다. 또한 상기한 수치사진측량 시스템은 영상과 제작된 수치 지도를 이용하여 무허가 건물 등의 사진 판독, 토지이용계획 등의 주제도 제작, 정사 영상에 의한 사진지도 제작, 수치 지형도의 갱신, 대용량 이미지(Image) 처리, 다양한 형태(Format) 변환에 의한 지리정보시스템(GIS,Global Information System응용, 수치표고모형(DEM, Digital Elevation Model)제작, 영상 분석에 의한 국토자원 해석, 도로계획 등의설계 지원에 이용되는 것이다.

Claims (19)

  1. 지도 제작관련 영상 데이터를 컴퓨터를 이용한 수치 도화, 지도 입력 과정을 통하여 지형, 지물을 수치 데이터로 취득하여 목적에 따라 편집하는 수치 지도 작성 방법에 있어서,
    항공 사진 영상을 이용하여 각 모듈에 따른 프로그램을 재사용, 이식성 및 상호 호환성을 지닌 모듈을 각각 컴포넌트 화하여 대용량 이미지의 운용이 편리하도록 처리하고 두 중복되는 영상을 이용하여 입체 시 상태에서의 3차원 좌표를 통해 수치 지도의 제작과 제작된 지도의 편집, 영상의 표정, 정사 사진 제작 등을 보다 손쉽게 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 수치사진측량 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 항공 사진뿐만 아니라 위성 영상을 이용하여 본 발명의 일부 과정을 수행하여 수지 지도의 제작과 제작된 지도의 편집, 영상의 표정, 정사 사진 제작 등을 수행할 수 있는 것을 특징으로 하는 수치사진측량 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 수치사진 측량 시스템은 사진측량 콤포넌트(Photogrammetric component)(10), 이미지 콤포넌트(Image component)(20), 벡터 콤포넌트(Vector component)(30), 정사사진 콤포넌트(Orthophoto Component)(40), 뷰 콤포넌트(View component)(50), 수학 라이브러리(Math Library)(60)와 각 컴포넌트를 통해 수행되는 본 발명의 주된 흐름도(70)로 구성되는 것을 특징으로 하는 수치사진측량 시스템.
  4. 제 3항에 있어서, 상기한 컴포넌트들은 재사용(reusable)성, 이식성, 상호 호환성을 갖도록 프로그램 되어 각 컴포넌트 별로 독립적으로 수행되거나 연계되어 본 발명의 시스템을 수행할 수 있는 것을 특징으로 하는 수치사진측량 시스템.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 사진측량 콤포넌트(Photogrammetric component)(10)는 사진기를 통해 촬영된 사진영상의 측량에 관한 것으로 촬영된 사진 영상 및 입체 사진 영상의 처리를 위한 환경을 설정하는 프로젝트 설정(10-1) 모듈과 촬영된 사진기의 종류에 따른 변수를 설정하기 위한 사진기 정보 모듈인 카메라(Camera)(10-2), 단일 사진 영상(10-3)과 입체 사진 영상(104) 및 상기 영상의 구성 모듈인 모델(Model)(10-5)과 Strip(106)로 구성되는 것을 특징으로 하는 수치사진측량 시스템.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 이미지 콤포넌트(Image component)(20)는 대용량의 항공 사진영상을 빠르고 경제적으로 처리하기 위해 대용량의 영상을 다수의 이미지 조각으로 분리하는 타일링(Tiling)과정을 통해 적은 이미지 용량으로 분리하여 이미지 처리 시 이용자에게 보다 빠르게 보여지고(display) 처리되는 속도를 향상 시켜주며 재구성 하여주는 모듈인 GeoTIFLib(20-1)과 Tile Cache Class(20-2)로 구성되는 것을 특징으로 하는 수치사진측량 시스템.
  7. 제 3항에 있어서, 상기 벡터 콤포넌트(Vector component)(30)는 점, 선, 면, 텍스트, 심벌 등으로 구성된 각 객체(30-1)와 각 객체들의 영상 데이터 저장 시 우리 나라 수치지도 표준 포맷인 DXF 파일로 변환하여 입·출력 할 수 있도록 하는 DXF Import/Export(30-2)와 관계 연산자(Relational Operator)부(30-3)로 구성되는 것을 특징으로 하는 수치사진측량 시스템.
  8. 제 3항에 있어서, 상기 정사사진 콤포넌트(Orthophoto Component)(40)는 3차원 표면을 연출하는 불규칙 삼각망(TIN) 생성을 위한 TIN Generation(40-1)과 항공 사진의 수치 고도 데이터를 이용하여 수치표고모형(DEM, Digital Elevation Model)을 추출하기 위한 모듈인 Manual DEM Collection(40-2), 추출된 수치표고모형을 이용하여 정사사진을 생성하는 모듈인 Orthophoto generation(40-3)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 수치사진측량 시스템.
  9. 제 3항에 있어서, 상기 뷰 콤포넌트(50)는 단 영상과 입체 영상을 화면에 표시하기 위한 모듈로 Over Viw, Roaming View, Measure View 등과 같은 단 영상(Single View)(50-1)과 입체 영상(Stereo View)(50-2)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 수치사진측량 시스템.
  10. 제 3항에 있어서, 상기 수학 라이브러리(Math Library)는 수학적 알고리즘을종합한 모듈로 상기 컴포넌트들을 실행하는데 있어서 필요로 하는 수학적 알고리즘을 종합한 것을 특징으로 하는 수치사진측량 시스템.
  11. 제 3항에 있어서, 상기 흐름도(70)는 상기 컴포넌트들과 라이브러리를 통해 수행되는 본 발명의 흐름을 간략히 나타낸 것으로 내부 표정(Interior Orientation) 단계, 상호 표정(Relative Orientation) 단계, 절대 표정(Absolute Orientation) 단계, 재배열(Resampling) 단계, 수치지도(Digital Map)제작 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 수치사진측량 시스템.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 수치사진측량 시스템을 이용한 수치지도 제작 과정은 영상 변환 단계(201), 프로젝트 설정 단계(202), 표정 단계(203), 영상 재배열 단계(204), 입체 시 상태 표시 단계(205), 상기 입체 시 상태에서 도화 과정을 통한 수치지도 제작 및 수치지도 수정·갱신 단계(206)가 이루어지거나 수치표고모형(DEM)생성 단계(207) 및 정사영상 생성 단계(208)가 이루어지는 것을 특징으로 하는 수치사진측량 시스템.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 수치지도 제작 과정 중 영상 변환 단계(201)는 대용량 영상을 처리하기 쉽도록 대용량의 이미지 데이터를 다수의 이미지 조각으로 분리하는 타일링(Tiling) 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 수치사진측량 시스템.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 수치지도 제작 과정 중 프로젝트 설정 단계(202)는 수치 지도 제작 과정을 수행하기 위한 것으로 오차 범위 설정, 영상의 저장 위치 선정, 좌표 체계 및 단위 결정을 설정함으로써 프로젝트의 정확도를 향상시키도록 하는 것을 특징으로 하는 수치사진측량 시스템.
  15. 제 12항에 있어서, 상기 수치지도 제작 과정 중 표정(Orientation) 단계(203)는 영상의 크기 및 실제 좌표 등을 입력하여 영상이 찍히는 순간과 동일한 환경으로 만들어 주어 두 중복되는 영상의 입체 시 만들어 주는 과정으로 1장의 사진을 이용하여 표정 과정을 수행하는 내부 표정과 두 장의 사진을 이용하여 동일 포인트를 추출하는 상호 표정과 지상 기준 점을 이용하여 기존의 지상 좌표를 입력하는 절대 표정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 수치사진측량 시스템.
  16. 제 12항에 있어서, 상기 수치지도 제작 과정 중 영상 재배열 단계(204)는 두 영상을 입체 상태로 표시되도록 하기 위하여 두 중복되는 영상을 재배열하는 것을 특징으로 하는 수치사진측량 시스템.
  17. 제 12항에 있어서, 상기 수치지도 제작 과정 중 입체 시 상태 표시 단계(205)는 상기 영상 재배열 단계(204)를 통하여 두 영상이 입체 상태로 표시되는 것을 특징으로 하는 수치사진측량 시스템.
  18. 제 12항에 있어서, 상기 수치지도 제작 과정 중 입체 시 상태 표시 단계(205)가 수행되어 표시되는 두 영상의 입체 상태에서 도화 과정을 통한 수치지도제작 및 수치 지도 수정·갱신 단계(206)를 실행하여 도화 과정을 통하여 두 영상을 입체 상태로 구현한 후 3차원 좌표 값을 이용하여 수치 지도를 제작하고 제작된 수치 지도의 수정·갱신을 수행하는 것을 특징으로 하는 수치사진측량 시스템.
  19. 제 12항 또는 18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수치지도 제작 과정 중 입체 시 상태 표시 단계(205)가 수행되어 표시되는 두 영상의 입체 상태에서 수치표고모형 생성 단계(207)를 통하여 수치고도 데이터를 이용하여 수치표고모형(DEM, Digital Elevation Model)을 추출하고, 상기한 과정을 통해 추출된 수치표고모형을 이용하여 정사영상 생성 단계(208)를 수행하여 정사사진을 생성하는 것을 특징으로 하는 수치사진측량 시스템.
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