KR20140125998A - 제스처 인식 장치 - Google Patents

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KR20140125998A
KR20140125998A KR20130043907A KR20130043907A KR20140125998A KR 20140125998 A KR20140125998 A KR 20140125998A KR 20130043907 A KR20130043907 A KR 20130043907A KR 20130043907 A KR20130043907 A KR 20130043907A KR 20140125998 A KR20140125998 A KR 20140125998A
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김사현
황성재
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Abstract

제스처 인식 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제스처 인식 장치는 빛을 방출하는 발광부; 외부의 객체에서 반사된 빛을 수신하고, 상기 수신된 빛에 대한 전기적인 신호를 출력하는 복수의 수광부들; 상기 복수의 수광부들 상부 각각에 일정 패턴 모양과 일정 높이로 형성되고, 상기 객체로부터 반사된 빛 중 일정 각도 범위의 입사각을 가지는 빛만을 상기 수광부로 수신되도록 제어하는 반사 광 선별부; 및 상기 복수의 수광부들로부터 출력된 시간에 따른 전기적인 신호들에 기초하여 상기 객체의 제스처를 인식하고 결정하는 신호 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

제스처 인식 장치 {Gesture recognition apparatus}
본 발명은 제스처(gesture) 인식에 대한 것으로, 상세하게는 제스처 인식 영역에 배치된 복수의 광 수신 센서들 예를 들어, photo-diode 각각의 상부에 객체(target)로부터 반사된 빛(반사 광) 중 특정 범위의 입사각을 가지는 빛만을 수신하도록 하는 일정 패턴을 가지는 구조물을 형성함으로써, 제스처 인식 장치의 크기를 줄이고, 객체의 제스처를 정확하게 인식할 수 있는 제스처 인식 장치에 관한 것이다.
제스처 센서는 휴먼 인터페이스 기기로서, 제스처 센서를 구비한 기기에 사용자의 물리적인 터치없이도 물리적인 움직임을 감지한다. 제스처 센서에 의해 감지된 움직임은 기기의 입력 명령으로 사용된다.
몇몇 어플리케이션에서, 기기에는 좌측에서 우측으로, 우측에서 좌측으로, 위에서 아래로, 아래에서 위로, 안에서 바깥으로, 바깥에서 안으로의 모션과 같이 명확한 비접촉 모션들을 인식할 수 있도록 프로그램되어 있다.
제스처 센서는 태블릿 기기, 스마트폰, 다른 포터블 기기 등의 핸드헬드(handheld) 기기에 자주 사용되고 있으며, 비디오 게임 플레이어의 움직임을 감지하기 위한 비디오 게임 콘솔(console)에도 사용되고 있다.
가장 일반적인 제스처 센서는 세 개 이상의 광원 예를 들어, 발광 소자(LED)와 광 센서 예를 들어, 포토 다이오드를 포함하는 구성을 사용한다. 광원은 온/오프 되거나 플래시(flash)됨으로써, 제스처 센서에서 빛의 반사를 통해 공간적인 정보를 획득할 수 있다.
도 1은 종래 일반적인 제스처 인식 장치에 대한 구성 블록을 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 종래 일반적인 제스처 인식 장치는 포토 센서(110), 복수의 광원들(LED1 내지 LED3) 그리고 제어 회로(120)를 포함한다.
포토 센서(110)는 복수의 광원들(LED1 내지 LED3) 부근에 위치하고, 제어 회로(120)는 복수의 광원들에 대한 온/오프를 제어하고 포토 센서(110)에 의해 감지된 움직임을 분석한다.
이 때, 제어 회로(120)는 포토 센서(110)에서 복수의 광원들에 대한 빛을 통해 감지된 신호들 간의 상대적인 지연(delay)을 분석함으로써, 이동 타겟(moving target)에 대한 모션을 인지할 수 있다.
하지만, 종래 제스처 인식 장치는 복수의 광원들을 필요로 하기 때문에 종래 제스처 인식 기기를 탑재한 기기는 기기의 크기를 줄일 수 있는데 한계가 있으며, 이는 기기의 크기를 줄이고 추가적인 구성을 원하지 않은 현 실정에 맞지 않은 문제점이 있다.
따라서, 기기의 크기가 줄어들더라도 객체의 제스처를 정확하게 인식할 수 있는 제스처 인식 장치의 필요성이 요구된다.
미국공개특허공보 제20120280107호 (공개일 2012.11.08)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 도출된 것으로서, 제스처 인식 장치를 포함하는 기기의 크기를 줄일 수 있고, 객체의 제스처를 정확하게 인식할 수 있는 제스처 인식 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명은 제스처 인식 영역에 배치된 photo-diode와 같은 복수의 광 수신 센서들 각각의 상부에 객체로부터 반사된 빛 중 특정 범위의 입사각을 가지는 빛만을 수신하도록 제어하는 구조물을 형성함으로써, 제스처 인식 장치의 크기를 줄이고, 광 수신 센서들로부터 출력된 신호들의 차이를 이용하여 객체의 제스처를 정확하게 인식할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 제스처 인식 장치는 빛을 방출하는 발광부; 외부의 객체에서 반사된 빛을 수신하고, 상기 수신된 빛에 대한 전기적인 신호를 출력하는 복수의 수광부들; 상기 복수의 수광부들 상부 각각에 일정 패턴 모양과 일정 높이로 형성되고, 상기 객체로부터 반사된 빛 중 일정 각도 범위의 입사각을 가지는 빛만을 상기 수광부로 수신되도록 제어하는 반사 광 선별부; 및 상기 복수의 수광부들로부터 출력된 시간에 따른 전기적인 신호들에 기초하여 상기 객체의 제스처를 인식하고 결정하는 신호 처리부를 포함한다.
상기 복수의 수광부들 각각은 상기 객체의 제스처를 인식하기 위한 영역 중 코너 영역에 배치될 수 있다.
상기 복수의 수광부들 각각은 상기 객체의 제스처를 인식하기 위한 영역 중 가장 자리 영역에 배치될 수 있다.
상기 반사 광 선별부는 상기 수광부의 상부 수직방향으로 형성되거나 좌측, 우측, 상측 및 하측 중 어느 하나의 방향에 대해 일정 각도로 형성될 수 있다.
상기 반사 광 선별부는 상기 수광부의 상부 수직방향으로 일정 간격으로 이격 배치된 복수의 금속층들; 및 상기 복수의 금속층들 사이에 배치된 적어도 하나 이상의 비아층을 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나 이상의 비아층은 일정 간격으로 배치된 기둥 형상들로 형성되거나 벽 형상으로 형성될 수 있다.
상기 신호 처리부는 상기 복수의 수광부들로부터 출력된 상기 전기적인 신호들에 대한 차이를 이용하여 상기 객체의 제스처를 인식하고 결정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제스처 인식 영역에 배치된 복수의 광 수신 센서들 각각의 상부에 객체로부터 반사된 빛 중 특정 범위의 입사각을 가지는 빛만을 수신하도록 제어하는 구조물을 형성하고, 광 수신 센서들로부터 출력되는 시간에 따른 전기적인 신호의 차이에 기초하여 객체의 제스처를 인식함으로써, 제스처 인식 장치의 크기를 줄이고, 객체의 제스처를 정확하게 인식할 수 있다.
또한, 본 발명은 제스처 인식 장치의 크기를 줄읾으로써, 제스처 인식 장치를 구비하는 기기의 크기 또한 줄일 수 있고, 이를 통해 기기의 집적도를 높일 수 있다.
도 1은 종래 일반적인 제스처 센서에 대한 구성 블록을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제스처 인식 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 제스처 인식 영역에 대한 일 실시예의 상세 구성을 나타낸 것이다.
도 4는 도 3에 도시된 수광부와 반사 광 선별부에 대한 단면도를 나타낸 것이다.
도 5는 도 4에 도시된 반사 광 선별부의 실시예들에 대한 사시도를 나타낸 것이다.
도 6은 도 2에 도시된 신호 처리부에서 객체의 제스처를 인식하는 과정을 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 제스처 인식 영역에서 수광부들의 배치 구조에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 제스처 인식 영역에서 수광부들의 배치 구조에 대한 다른 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 반사 광 선별부의 다른 일 실시예에 대한 단면도를 나타낸 것이다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 제스처 인식 장치를 첨부된 도 2 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 발광부로부터 방출된 빛이 객체의 제스처에 의해 반사될 때 반사된 빛 중 일정 입사각의 빛만을 통과시킬 수 있도록 복수의 수광부들 각각의 상부에 형성되는 구조물을 이용함으로써, 제스처 인식 장치의 크기를 줄이고, 복수의 수광부들 각각으로부터 출력되는 신호의 차이를 이용하여 객체의 제스처를 정확하게 인식할 수 있는 것을 그 요지로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제스처 인식 장치에 대한 구성을 나타낸 것이고, 도 3은 도 2에 도시된 제스처 인식 영역에 대한 일 실시예의 상세 구성을 나타낸 것이다.
도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 제스처 인식 장치는 발광부(230), 복수의 수광부들(210), 반사 광 선별부(220) 및 신호 처리부(240)를 포함한다.
발광부(230)는 신호 처리부(240) 또는 제어 회로(미도시)의 제어를 통해 일정 방향으로 빛을 방출한다.
이 때, 발광부(230)는 빛을 방출할 수 있는 모든 소자를 포함할 수 있으며, 일 예로, 발광 소자(LED; light emitting diode)를 포함할 수 있다.
복수의 수광부들(210) 각각은 발광부(230)에 의해 방출된 빛이 객체(target)에 의해 반사되면 객체로부터 반사된 빛을 반사 광 선별부(220)를 통해 수신하고, 수신된 빛에 대한 시간에 따른 전기적인 신호를 출력한다.
이런 복수의 수광부들(210) 각각은 객체의 제스처를 인식하기 위한 영역인 제스처 인식 영역의 미리 결정된 위치에 형성될 수 있는데, 도 2에 도시된 일 예와 같이 제스처 인식 영역의 코너(corner)에 배치되도록 형성될 수 있다.
물론, 제스처 인식 영역에서의 수광부들(210) 배치 형태는 이에 한정되지 않으며, 다양한 배치 형태를 포함할 수 있으며 다른 배치 형태에 대한 예를 도 7과 도 8에서 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에서의 수광부들(210a 내지 210d) 각각은 일정 간격을 가지도록 배치되어 있으며, 여기서의 일정 간격은 본 발명의 제스처 인식 장치가 적용되는 분야, 인식 감도 등을 고려하여 달라질 수 있다.
반사 광 선별부(220)는 복수의 수광부들(210) 각각의 상부에 일정 패턴 모양과 일정 높이로 형성되고, 객체로부터 반사된 빛 중 일정 각도 범위의 입사각을 가지는 빛만을 수광부(210)로 수신되도록 제어한다.
이 때, 반사 광 선별부(220)는 도 3a의 'A'를 확대한 도 3b와 도 3b의 'B'를 확대한 도 3c에 도시된 일 예와 같이, 수광부(210) 각각의 상부에 그리드(grid) 형태로 형성될 수 있으며, 반사 광 선별부(220)의 패턴 및 높이는 수광부(210)로의 입사각에 따라 달라질 수 있다.
예컨대, 반사 광 선별부(220)는 반사된 광의 입사각 범위를 넓히고자 하면 형성되는 높이를 낮출 수 있고, 입사각 범위를 좁히고자 하면 형성되는 높이를 높일 수 있다. 물론, 패턴의 간격에 의해서도 입사각의 범위를 조절할 수도 있다.
이런 반사 광 선별부(220)는 도 4에 도시된 단면도를 통해 알 수 있듯이, 복수의 금속층들(221)과 적어도 하나 이상의 비아층(222)을 포함한다. 그리고, 수광부(210)는 기판 예를 들어, 실리콘 기판 상에 형성되고, 수광부(210)와 반사 광 선별부(220) 사이에는 두 구성 간의 절연을 위한 절연층(250)이 형성될 수 있다.
여기서 절연층(250)은 반사 광 선별부(220)를 통해 수신된 빛이 수광부(210)로 수신될 수 있도록 투명한 절연층인 것이 바람직하다.
금속층들(221)은 비아층(222)에 의해 일정 간격으로 이격 배치되고, 비아층(222)은 금속층들(221) 사이에 배치됨으로써, 일정 패턴과 높이를 갖는 반사 광 선별부(220)를 구성할 수 있다.
이 때, 금속층(221)의 높이 또는 비아층(222)의 높이를 조절함으로써, 수광부(210)로 수신되는 반사 광의 입사각을 결정할 수 있다.
도 4에 도시된 반사 광 선별부(220)는 수광부(210)의 모든 위치에서 동일한 높이를 가지고 수광부(210)의 상부 수직 방향으로 형성된 경우에 대한 것으로, 본 발명에 따른 반사 광 선별부(220)는 이에 한정되지 않으며, 도 9에 도시된 일 예와 같이, 어느 한 방향으로 일정 각도로 기울어진 형태로 형성될 수도 있다.
예를 들어, 반사 광 선별부(220)는 수광부(210)의 상부에서 좌측 방향으로 일정 각도를 가지도록 형성될 수도 있고, 우측 방향으로 일정 각도를 가지도록 형성될 수도 있으며, 상측 방향으로 일정 각도를 가지도록 형성될 수도 있고, 하측 방향으로 일정 각도를 가지도록 형성될 수도 있다. 여기서, 좌측, 우측, 상측, 하측 방향은 수광부(210)와 반사 광 선별부(220)가 형성된 제스처 인식 영역을 상부에서 보았을 때의 수광부(210)와 반사 광 선별부(220)의 관계를 기준으로 설명한 것이다.
여기서, 반사 광 선별부(220)는 도 9에 도시된 바와 같이, 금속층(221)과 비아층(222)을 순차적으로 연결하여 수광부(210)를 기준으로 일정 각도를 가지도록 형성한 것이며, 본 발명에서의 반사 광 선별부(220)는 도 9의 구조로 일정 각도를 가지도록 형성되는 것으로 한정되지 않으며, 수광부(210)를 기준으로 일정 각도를 가지도록 형성될 수 있는 다양한 구조를 모두 포함할 수 있다.
반사 광 선별부(220)는 도 5에 도시된 사시도에서 알 수 있듯이, 금속층들(221) 사이에 배치된 비아층(222)이 벽 형상 또는 구조(도 5a)로 형성될 수도 있고, 일정 간격으로 배치된 복수의 기둥 형상들(도 5b)을 포함하도록 형성될 수도 있다.
여기서, 도 5b와 같이 복수의 기둥 형상들(222)을 포함하도록 구성된 경우 기둥 형상들 간의 간격은 수광부(210)로 수신되는 반사 광의 입사각 등을 고려하여 결정될 수 있다.
신호 처리부(240)는 복수의 수광부들(210)로부터 출력되는 시간에 따른 전기적인 신호들에 기초하여 객체(target)의 제스처를 인식하고 결정한다.
이 때, 신호 처리부(240)는 복수의 수광부들(210)로부터 출력되는 전기적인 신호들에 대한 차이를 이용하여 객체의 제스처를 인식하고 결정할 수 있다.
예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 신호 처리부(240)는 좌측과 우측 간의 제스처(620), 상부와 하부 간의 제스처(640), 좌측 상부와 우측 하부 간의 제스처(610), 우측 상부와 좌측 하부 간의 제스처(630) 등에 따라 수광부들(210)에서 출력되는 시간에 따른 전기적인 신호들의 차이를 이용하여 객체의 제스처를 인식할 수 있다. 예컨대, 반사 광 선별부(220)가 수광부(210)에 수직 방향으로 형성되고, 좌측 상부에서 우측 하부로의 제스처(610)인 경우 신호 처리부(240)는 제1 수광부(210a) 내지 제4 수광부(210d)로부터 수신된 반사 광에 대해 시간에 따라 변화되는 전기적인 신호를 수신하고, 수신된 전기적인 신호가 변화된 수광부(210) 즉, 제1 수광부(210a)와 제4 수광부(210d)의 전기적인 신호의 변화를 이용하여 객체가 좌측 상부에서 우측 하부로 이동한 것을 인지할 수 있다. 여기서, 제1 수광부(210a)의 전기적인 신호 변화 시점이 제4 수광부(210d)의 전기적인 신호 변화 시점보다 빠르게 발생되기 때문에 신호 처리부(240)는 이와 같은 시간에 따른 전기적인 신호 변화를 이용하여 객체의 이동이 좌측 상부에서 우측 하부로 이동한 것으로 인지하고 결정할 수 있다.
반사 광 선별부(220)가 수광부(210)에 수직 방향으로 형성되고 도 6에서 도시된 좌측과 우측 간의 제스처(620)와 상부와 하부 간의 제스처(640) 경우 상황에 따라 모든 수광부(210a 내지 210d)에서 반사 광을 수신하지 못하여 전기적인 신호의 변화가 발생하지 않을 수도 있다. 이와 같은 경우 반사 광 선별부(220)를 도 9에 도시된 바와 같이, 수광부(210)를 기준으로 일정 각도를 가지도록 형성하면, 도 6에서 도시된 좌측과 우측 간의 제스처(620)와 상부와 하부 간의 제스처(640) 또한 신호 처리부(240)에서 인식하고 객체의 제스처를 결정할 수 있다.
이 때, 본 발명에 따른 제스처의 인식 감도를 더 향상시킬 수 있도록, 도 8에 도시된 바와 같이, 반사 광 선별부(220)가 상부에 형성되는 수광부(210)가 제스처 인식 영역의 코너 뿐만 아니라 제스처 인식 영역의 중앙에 추가적으로 배치될 수도 있으며, 도 3과 도 8에 도시된 반사 광 선별부(220)는 수광부(210)의 상부에 수직 방향으로 형성될 수도 있고, 수광부(210)를 기준으로 일정 각도를 가지도록 형성될 수도 있다.
물론, 본 발명은 반사 광 선별부(220)가 수광부(210)에 수직 방향으로 형성된 경우에도 수광부들(210) 간의 간격과 배치 구조를 적절하게 조절함으로써, 객체의 제스처의 인식 감도를 향상시킬 수도 있다.
예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 수광부(210) 상부에 수직으로 형성된 반사 광 선별부(220)를 포함하는 복수의 수광부들(210)이 제스처를 인식하는 제스처 인식 영역(200)의 가장 자리 즉, 제스처 인식 영역의 코너 뿐만 아니라 코너와 코너 사이의 영역에도 배치시킴으로써, 신호 처리부(240)에서 도 6에 도시된 좌측과 우측 간의 제스처(620)와 상부와 하부 간의 제스처(640)도 용이하게 인식하고 결정할 수 있다. 물론, 도 7에서의 반사 광 선별부(220) 또한 수광부(210)를 기준으로 일정 각도를 가지고 형성될 수도 있다는 것을 인지하여야 한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 제스처 인식 장치는 수광부 상부에 일정 패턴과 높이를 가지고 객체로부터 반사되는 반사 광 중 일정 범위의 입사각을 가지는 반사 광만을 수광부에서 수신할 수 있도록 제어함으로써, 장치의 크기를 줄여 제스처 인식 장치가 탑재되는 기기의 크기를 줄일 수 있으며, 객체의 제스처를 정확하게 인식할 수 있다.
또한, 본 발명은 수광부 상부에 형성되는 반사 광 선별부의 형성 각도를 조절함으로써, 제스처 인식 감도를 향상시킬 수도 있고, 적은 수량의 수광부로도 객체의 제스처를 정확하게 인식할 수도 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (7)

  1. 빛을 방출하는 발광부;
    외부의 객체에서 반사된 빛을 수신하고, 상기 수신된 빛에 대한 전기적인 신호를 출력하는 복수의 수광부들;
    상기 복수의 수광부들 상부 각각에 일정 패턴 모양과 일정 높이로 형성되고, 상기 객체로부터 반사된 빛 중 일정 각도 범위의 입사각을 가지는 빛만을 상기 수광부로 수신되도록 제어하는 반사 광 선별부; 및
    상기 복수의 수광부들로부터 출력된 시간에 따른 전기적인 신호들에 기초하여 상기 객체의 제스처를 인식하고 결정하는 신호 처리부
    를 포함하는 제스처 인식 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 수광부들 각각은
    상기 객체의 제스처를 인식하기 위한 영역 중 코너 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 제스처 인식 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 수광부들 각각은
    상기 객체의 제스처를 인식하기 위한 영역 중 가장 자리 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 제스처 인식 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반사 광 선별부는
    상기 수광부의 상부 수직방향으로 형성되거나 좌측, 우측, 상측 및 하측 중 어느 하나의 방향에 대해 일정 각도로 형성되는 것을 특징으로 하는 제스처 인식 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반사 광 선별부는
    상기 수광부의 상부 수직방향으로 일정 간격으로 이격 배치된 복수의 금속층들; 및
    상기 복수의 금속층들 사이에 배치된 적어도 하나 이상의 비아층
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 제스처 인식 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 비아층은
    일정 간격으로 배치된 기둥 형상들로 형성되거나, 벽 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 제스처 인식 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 신호 처리부는
    상기 복수의 수광부들로부터 출력된 상기 전기적인 신호들에 대한 차이를 이용하여 상기 객체의 제스처를 인식하고 결정하는 것을 특징으로 하는 제스처 인식 장치.
KR20130043907A 2013-04-22 2013-04-22 제스처 인식 장치 KR20140125998A (ko)

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