KR20230118133A - 투명창의 영향을 측정하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 투명창(14)의 영향을 측정하기 위한 방법에 관한 것이며, 이러한 방법에서는 투명창(14)을 통해 유도된 변위 필드가 결정되고, 제1 단계에서는 텍스처링된 면의 제1 이미지가 투명창(14)없이 기록되고, 제2 단계에서는 텍스처링된 면의 제2 이미지가 투명창(14)이 있도록 기록되고, 그리고 제3 단계에서는 광학 흐름 방법에 의해 2개의 이미지들을 분석함으로써 변위 필드가 결정된다.

Description

투명창의 영향을 측정하기 위한 방법

본 발명은 투명창, 예를 들어 윈드 실드의 영향을 측정하기 위한 방법과, 이러한 방법의 실행을 위한 배열체에 관한 것이다.

앞유리라고도 불리는 윈드 실드는 일반적으로 유리, 예를 들어 접합 유리로 이루어진 창이고, 이러한 창은 차량 운전자가 전방을 볼 수 있도록 한다. 이와 동시에, 윈드 실드는 바람, 날씨 및 공기 흐름 내 입자로부터 운전자를 보호한다. 이 경우, 하기에 설명되는 방법은 앞유리에만 국한되지 않고, 마찬가지로 뒷유리들 또는 다른 차량창들 후방의 카메라 시스템에들도 사용될 수 있다. 하기에는 앞유리의 경우가 일반적인 적용예로서 간주된다.

빛이 윈드 실드를 통해 빛나거나 발산되는 경우, 이러한 빛은 투명한 매질을 통해 굴절된다. 윈드 실드 자체의 곡률과, 재료 특성들의 국소 변화들, 곡률 또는 두께에 있어서의 변동을 통하여, 이러한 굴절과, 이에 따라 광 경로에 대한 윈드 실드의 영향은 예측하기 어렵다. 이러한 영향이 사람들에게 종종 미미한 것으로 간주될지라도, 이러한 영향은, 일반적으로 윈드 실드에 매우 조밀하게 장착되는 카메라 시스템들의 기능에 큰 영향을 미칠 수 있다.

이는 특히, 오늘날의 카메라 기반 운전자 보조 시스템들 또는 첨단 운전자 보조 시스템(Advanced Driver Assistance System: ADAS)들에 중요하다. 윈드 실드의 영향이 고려되지 않을 경우, 이러한 윈드 실드의 영향은 예를 들어 대상물들의 위치나 속도와 관련한 오판을 야기할 수 있다. 이러한 영향은 소위 변위 필드에 의해 설명될 수 있다. 창은, 굴절을 통해 시각적 빔들의 오프셋과 각도 변화를 유도한다. 이러한 오프셋은 일반적으로 작으며, 거리에 걸쳐 변경되지 않는다. 그러나, 각도 오프셋은 더 먼 거리에서는 각도에 상응하게 더 큰 오류를 야기한다. 따라서, 변위 필드에 의해서는, 특히 제2 효과, 즉 유도된 각도 변화가 결정될 것이다.

윈드 실드의 변위 필드를 결정하기 위해, 다양한 방법들이 사용된다. 창에 의해 생성된 각도 변화를 측량하기 위해, 소위 모아레 간섭계(Moir Interferometer)가 자동차 산업 분야에서 주로 사용된다. 그러나, 이와 같이 얻어진 정보는 윈드 실드에 조밀하게 장착된 카메라의 특정 변위 필드로 전달되기 어렵다.

다른 방법들은, 카메라 및 정밀한 것으로 공지된 교정 몸체에 의해 변위 필드를 결정하는 것을 기반으로 한다. 윈드 실드의 왜곡 효과들은, 이미지 또는 이미지 공간 내 변위가 교정 몸체의 정보 하에 결정됨으로써 계산된다.

이러한 배경 하에, 청구항 제1항에 따른 방법 및 청구항 제9항에 따른 배열체가 제시된다. 실시예들은 종속 청구항들 및 상세한 설명으로부터 얻어진다.

제시된 방법은 예를 들어 카메라 시스템들을 위한 투명창의 특히 고정밀 측정에 사용되고, 이러한 창의 영향이 측량 또는 측정된다. 창, 예를 들어 윈드 실드는 일반적으로 카메라 전방에 장착될 수 있거나 장착되어 있다. 본원의 방법은 투명창을 통해 유도된 변위 필드가 결정되는 것을 제공한다. 이 경우, 제1 단계에서는 텍스처링된 면의 제1 이미지가 창없이 기록되고, 제2 단계에서는 텍스처링된 면의 제2 이미지가 창이 있도록 기록된다. 제3 단계에서는 광학 흐름 방법에 의해 2개의 이미지들을 분석함으로써 변위 필드가 결정된다.

이 경우, 설명된 방법은 윈드 실드 또는 앞유리에만 국한되지 않고, 마찬가지로 뒷유리들 또는 다른 차량창들 후방의 카메라 시스템에들도 사용될 수 있다. 하기에는 윈드 실드의 경우가 일반적인 적용예로서 간주된다.

창이 있도록 기록한다는 것은, 기록 시에 창이 텍스처링된 면과 카메라 사이에 위치하고, 이에 따라 텍스처링된 면과 카메라 사이의 빔 경로 내에 위치한다는 것을 의미한다. 이에 상응하게, 창없이 기록할 때는 창이 적소에 배열되지 않는다.

텍스처 또는 텍스처링된 면은, 이러한 면이 특정 패턴을 갖는다는 것을 의미한다. 이 경우, 이러한 방법을 위해서는 특히, 넓은 공간 주파수 스펙트럼을 갖는 랜덤 패턴, 예를 들어 노이즈 패턴을 갖는 텍스처들이 적합하다. 이러한 패턴은 예를 들어 다양한 주파수들의 노이즈 패턴들의 중첩을 통해 생성될 수 있고, 예를 들어 펄린 노이즈(Perlin Noise)가 사용된다.

본원에 제안된 방법에 의해서는, 카메라의 이미지 공간 내에서 나타나는, 윈드 실드를 통해 유도된 변위 필드를 결정하는 것이 달성된다. 여기서 변위 필드는, 예를 들어 변경된 빔 경로로부터 나타나는 팽창, 연장, 변위 등을 통한, 이미지 공간 내 대상물들의 기하학적 변위를 나타낸다.

본 발명의 추가적인 장점들 및 실시예들은 상세한 설명 및 첨부 도면들로부터 나타난다.

상기에 언급되고 이하에서 더 설명될 특징들은 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서, 각각 기술된 조합뿐 아니라 다른 조합으로도 적용 가능하거나, 개별적으로도 적용 가능하다는 사실이 자명하다.

도 1은 윈드 실드 및 카메라를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 고정밀 교정 시의 절차를 도시한 도면이다.
도 3은 변위 필드의 결정을 위한 실험 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 조명된 랜덤 패턴을 갖는 실험 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 설명된 방법에 의해 결정된 변위 필드의 일 예시를 도시한 도면이다.
도 6은 커튼 상에 투사된 변위 필드를 도시한 도면이다.

본 발명은 실시예들에 의하여 도면들에 개략적으로 도시되고, 하기에 도면들의 참조 하에 상세히 설명된다.

도 1은 윈드 실드(14)를 통과하고, 빔 경로(16)를 규정하는, 카메라(10)로부터 시작된 시각적 빔(12)들의 기하학적 편향을 개략적인 도면으로 도시한다. 윈드 실드(14)의 영역 내에서는 이러한 편향과, 이에 따라, 여기서는 카메라(10)로부터 시작된 빔 경로(16)에 대한 윈드 실드(14)의 영향이 명확하게 나타난다. 변경된 빔 경로(16)는 위치와 관련한 오프셋을 야기할 뿐만 아니라, 시각적 빔(12)들의 방향 변경도 야기한다. 특히 후자는 카메라(10)와 대상물들 사이의 거리가 더 멀 때 매우 중요하다.

카메라에 의해 기록된, 윈드 실드가 있는 그리고 윈드 실드가 없는 2개의 이미지들 간의 비교 시에는 이러한 이미지들 사이에 변위 필드가 나타난다. 이는, 이미지의 일부가 압축, 연장 또는 변위되고, 이에 따라 변경됨을 의미한다. 따라서, 변위 필드는, 이러한 변경에 대한 수학적 설명을 나타내는 벡터 필드이다. 이에 따라, 이미지 내에 나타나는 각각의 구조에 대하여, 이러한 구조가 어디로 변위되었는지가 설명될 수 있다.

본원에 제안된 방법은, 비교적 간단한 수단들 및 기존 방식들에 의하여 이러한 변위 필드를 고정밀식으로 그리고 조밀하게, 즉 대상 카메라 시스템의 각각의 픽셀에 대해 결정하는 것을 가능하게 한다. 이 경우, 각각 하나의 이미지가 대상 카메라 시스템에 의하여 텍스처링된 표면으로부터 윈드 실드가 있도록 그리고 윈드 실드가 없이 생성된다. 이어서, 이미지를 결정하기 위하여 이미지 내 광학 흐름과 관련한 조밀한 변위 필드들을 결정하기 위한 방법이 사용된다. 이는 도 2에 개략적으로 도시되어 있다.

도 2는 고정밀 교정을 위한 절차를 설명한다. 이러한 도면은 상부(50)에서 윈드 실드가 없는 기록과, 하부(52)에서 윈드 실드를 갖는 기록을 도시한다. 이러한 도면은 각각 상부(50) 및 하부(52)에서 카메라(54), 텍스처링된 면(56)을 도시하고, 하부(52)에서 윈드 실드(58)를 도시한다.

먼저, 윈드 실드가 없는 텍스처링된 면(56)의 제1 이미지(60)가 생성된다. 이어서, 윈드 실드(58)를 갖는 제2 이미지(62)가 생성된다. 광학 흐름 방법에 의한 이미지(60, 62)들의 분석을 통하여, 변위 필드가 결정된다.

이 경우, 제1 이미지 내의 각각의 점에 대하여 제2 이미지 내의 관련 점이 결정되고, 2개의 이미지들 내의 외관, 예를 들어 이미지 밝기 변경 또는 그로부터 도출되는 특징들이 높은 유사성을 갖는 것으로 가정된다. 이러한 절차를 통해서는, 조밀한 벡터 필드, 즉 모든 픽셀 또는 거의 모든 픽셀에 변위 정보가 존재하는 것이 결정될 수 있다.

기록된 텍스처는 몇몇의 특정한, 그러나 생성하기에 간단한 특성들을 가져야 함에 유의해야 한다. 부분적으로, 적절하게 텍스처링된 표면들이 개방된 환경에서도 발견될 수 있다.

생성된 텍스처들에서와 마찬가지로, 충분히 강한 로컬 콘트라스트들을 갖는 랜덤 패턴이 존재해야 한다. 이는 예를 들어 강한 기상 영향에 노출되었던 건물 외벽일 수 있을 것이다. 반면, 예를 들어 푸른 하늘과 같이 단조로운 영역들은 회피될 것이다.

지금까지는, 윈드 실드들의 측정을 위하여, 특수한 표식들의 감지를 위한 특수한 방법에 의해 작동하는 고정밀 교정 몸체들이 사용되었다. 반면, 본원에 제안된 방법은, 텍스처링된 표면에 대한 사전 지식을 요구하지 않고, 물리적 성질에 대한 제약이 적으며, 조밀한 변위 필드의 결정을 위한 통용되는 방법의 사용을 가능하게 한다.

한편으로, 본원의 방법은 양산되는 윈드 실드들의 특성을 결정하기 위해 또는 심지어 생산 공정 진행 중에도 사용될 수 있다. 이와 같이, 윈드 실드의 평가 또는 릴리스는 측정의 결과에 직접적으로 의존할 수 있다.

이미 도입부에 설명된 바와 같이, 윈드 실드의 변위 필드를 결정하기 위하여 다양한 방법들이 사용된다. 이 경우, 모아레 간섭계가 주로 사용된다. 그러나, 이와 같이 얻어진 정보는 윈드 실드에 조밀하게 장착된 카메라의 특정 변위 필드로 전달되기 어렵다. 다른 방법들은, 카메라 및 정밀한 것으로 공지된 교정 몸체에 의해 변위 필드를 결정하는 것을 기반으로 한다. 이러한 교정 몸체가 도 3에 도시되어 있다.

도 3은 공지된 고정밀 교정 몸체(80)에 의하여, 카메라 전방의 창을 통해 유도된 변위 필드를 결정하기 위한 가능한 실험 구성을 도시한다. 이러한 교정 몸체(80)는 예를 들어 체커 보드 패턴을 갖는 필드일 수 있다.

제안된 방법에 의해서는, 카메라의 이미지 공간 내에서 나타나는, 윈드 실드를 통해 유도된 변위 필드를 결정하는 것이 요구된다. 여기서 변위 필드는, 예를 들어 변경된 빔 경로로부터 나타나는 팽창, 연장, 변위와 같은, 이미지 공간 내 대상물들의 기하학적 변위를 나타낸다.

하기에는 가능한 구성이 설명된다. 이러한 구성 및 일반 절차에 대한 대안들이 하기에 더 설명되어 있다. 이러한 구성은 도 2에 개략적으로 도시되어 있고, 도 4에는 실제 구성으로 도시되어 있다.

도 4는 조명된 랜덤 패턴(100) 및 윈드 실드(102) 후방에 위치 설정된 카메라(104)를 갖는 실험 구성을 도시한다. 카메라(104)는 벽부(108) 전방의 삼각대(106) 상에 구성된다. 벽부(108)는 그 자체로 특별한 텍스처를 갖거나, 이러한 텍스처가 프로젝터를 통해 벽부(108)에 투사된다. 윈드 실드(102)를 위한 지지부(110)는, 카메라(104)가 윈드 실드(102)에 대한 일반적인 설치 위치, 즉 위치 및 배향을 취하는 방식으로 카메라(104)와 벽부(108) 사이에 위치 설정된다. 다음으로, 카메라(104)에 의해서는, 놓여진 윈드 실드(102)가 있는 그리고 이러한 윈드 실드가 없는 각각 적어도 하나의 이미지가 기록된다. 일반적으로 광학 흐름이라고 불리는 이미지 공간 내 변위 필드들을 결정하기 위한 방법에 의하여, 이미지 내 변위 필드가 결정된다.

일반적으로, 윈드 실드(102)가 없는 카메라(104)의 이미징 특성들은 공지되어 있거나 간단하게 결정 가능하고, 즉 윈드 실드(102)가 장착된 경우보다 더 간단하게 결정 가능하다. 일반적으로, 카메라(104)의 교정을 위해 측량대가 사용되고, 이러한 측량대에서 카메라(104)는 특수한 홀더 내에 고정되고, 정밀한 것으로 공지된 교정 몸체가 사용된다. 이러한 절차는 하나 이상의 장착된 카메라(들)에 의해서는 불가능하다. 이로 인해, 윈드 실드가 없는 카메라를 위한 픽셀들과 시각적 빔 각도 간의 관계가 공지된다. 변위 필드에 의해서는, 보정된 픽셀-시각적 빔 관계(윈드 실드가 있음)가 계산될 수 있다.

이 경우, 예를 들어 윈드 실드(102)와 같은 광학 요소의 도입은 항상 두 가지 효과들, 한편으로는 변경된 각도 관계, 다른 한편으로는 도 1에 도시된 바와 같이 시각적 빔의 오프셋을 갖는다는 것에 유의해야 한다. 후자의 경우는 실제로는 중요하지 않은데, 이는 관심사가 되는 대상물들이, 많은 경우에 멀리, 예를 들어 수 미터 떨어져 위치하고, 이에 따라 오프셋의 영향이 무시 가능하기 때문이다. 그러나, 이러한 오프셋은 벽부(108)에 대한 다양한 간격들을 갖는, 전술한 바와 같은 복수의 기록들을 통해 결정될 수 있다. 이는 다른 애플리케이션들에 있어서 관심사가 될 수 있다.

도 5에는, 본원의 방법에 의해 결정된 변위 필드(150)가 도시된다. 모든 픽셀에서, 이 경우 조밀한 광학 흐름 방법을 통한 측량이 존재한다. 본 도면에는 수평 변위만 도시된다. 강도는 색상으로 구분될 수 있다.

광학 흐름 방법을 위해서는, 강한 로컬 콘트라스트들을 갖고, 이 경우 예를 들어 랜덤 노이즈 패턴과 같이 가능한 한 랜덤인 텍스처들이 특히 적합하다. 이러한 텍스처가 카메라에 대한 다양한 거리들에 대해서도 그리고 다양한 해상도들, 즉 각도 당 픽셀들을 갖는 카메라들에 대해서도 기능하도록, 패턴은 이상적으로는 다양한 국소 공간 주파수들을 가져야 한다. 이러한 패턴은 사전에 공지될 필요는 없다.

예를 들어 도 3에 도시된 바와 같은 고정밀 교정 몸체들에 의한 공지된 방법과 비교하여, 본원에 제안된 방법은 복수의 장점들을 갖는다.

이와 같이, 랜덤 텍스처는 조밀한 광학 흐름 방법의 사용 시에 각각의 픽셀에서 변위 필드를 결정할 수 있게 한다. 교정 몸체들에서, 이는 일반적으로 모든 지점들에서 가능하지는 않다. 도 3의 배열체에서 이는 교차점들에서만 가능하다. 조밀한 광학 흐름 방법이 공지되어 있다.

또한, 적절한 광학 흐름 방법들이 매우 높은 정밀도를, 즉 픽셀의 크기보다 훨씬 작은 크기를 달성할 수 있다. 따라서, 이러한 방법의 정밀도는 기반이 되는 광학 흐름 방법의 정밀도와 직접적으로 관련되지만, 교정 몸체의 정밀도와는 직접적으로 관련되지 않는다.

랜덤 텍스처 내에서의 상이한 공간 주파수들의 사용을 통해, 패턴은 매우 상이한 간격들 또는 카메라 이미지 해상도들에서도 사용될 수 있다. 이는 일반적인 교정 몸체들에서는 많은 경우 간단하게 가능하지 않다.

또한, 텍스처링된 표면들의 생성이 많은 자유 공간들을 허용한다는 것도 고려되어야 한다. 이와 같이, 예를 들어 텍스처링된 박막이 벽부 상에 중첩될 수 있거나, 간단하게 패턴이 하나 이상의 프로젝터에 의해 투사될 수 있다.

이상적으로, 텍스처링된 표면은 실제 상황의 대상물과 유사한, 카메라 및 윈드 실드에 대한 거리, 즉 수 미터를 갖도록 위치한다. 그 이유는, 윈드 실드를 통해 유도된 이러한 오프셋이 유사한 영향을 미치기 때문이다. 더 큰 개구부 각도들을 갖는 카메라들에서, 이는 매우 넓은 표면들을 요구한다. 수평 개구부 각도가 90도이고 간격이 5미터일 때, 평평한 면은 적어도 10미터의 폭을 가져야 할 것이다. 이와 같은 것이 일반적인 교정 몸체들에 의해서는 거의 실현되지 않는다. 프로젝터들에 의하여, 예를 들어 단순히 큰 벽부가 사용된다. 공간 모서리 등도 사용 가능하다. 이 경우, 표면은 원칙적으로 중요하지 않으며, 음영만 발생하지 않으면 된다.

일 예시는 도 6에 도시된 커튼(200)이다. 유일한 전제 조건은, 카메라, 표면 및 텍스처와 관련한 셋업이 기록 중에 움직이지 않는다는 것이다. 여기서는 평평한 벽부 대신 랜덤 패턴이 커튼(200) 상에 투사된다는 것에 유의해야 한다. 이러한 기록들은 창의 측정을 위해 사용되었으며, 고정밀 교정 몸체들에 대한 본원의 방법의 독립성을 설명할 것이다.

프로젝터들의 사용 시에 윈드 실드가 있는 그리고 윈드 실드가 없는 복수의 기록들이, 변경된 패턴들을 갖도록 생성되는 경우, 결과들의 조합을 통해 광학 흐름 방법들의 정밀도가 종종 더 향상될 수 있다.

도 4에서의 구성에서는, 고도로 텍스처링된 면이 다양한 공간 주파수들을 갖는 랜덤 텍스처에 의해 인쇄됨으로써 생성되었다. 이에 대한 대안은, 다양한 공간 주파수들을 갖는 랜덤 텍스처들을 텍스처링되지 않은 면들 상에 생성하기 위하여 마찬가지로 프로젝터들 또는 비머들을 사용하는 것이다. 이 경우, 복수의 프로젝터들이 조합될 수도 있다. 이는 큰 개구부 각도를 갖는 카메라에서 필요한 엄폐를 생성하는데 매우 유용할 수 있다. 대안적으로, 모니터들 또는 스크린들도 사용될 수 있다. 예를 들어 아스팔트 표면, 얼룩덜룩한 카페트 바닥들, 페인터 플리스 또는 몇몇 건물 정면들과 같이 자연적으로 발생하는 복수의 텍스처들도 본원의 방법에 적합하다.

평평한 표면이 반드시 사용되어야 할 필요는 없다. 특히 큰 개구부 각도를 갖는 카메라들에서는 곡선형의 표면들 또는 공간 모서리들이 이상적일 수 있다.

물론, 본원의 방법은 다른 유리창들 또는 광학 요소들에서도 사용될 수 있다.

또한, 몇몇 적용예들에서 광학 경로의 연장을 위해 거울들이 사용된다는 것에 유의해야 한다. 원칙적으로 이러한 방법은 거울 내 결함들의 영향을 결정하기 위해 사용될 수도 있다.

제시된 방법은 특히 윈드 실드들의 내부 측정을 위해 기업 내에서 사용될 수 있다. 이 경우, 윈드 실드들에 대한 통계를 구성하고, 이러한 정보를 개발 프로세스에 다시 제공하는 것이 요구될 수 있다. 이와 같이, 많은 수의 생산된 윈드 실드들 또는 모든 생산된 윈드 실드들이 측정될 수 있고, 결과에 따라 분류되거나 릴리스될 수 있다.

Claims (10)

1. 투명창(14, 58, 102)의 영향을 측정하기 위한 방법으로서, 이러한 방법에서는 투명창(14, 58, 102)을 통해 유도된 변위 필드(150)가 결정되고,
   - 제1 단계에서는 텍스처링된 면(56)의 제1 이미지(60)가 투명창(14, 58, 102)없이 기록되고,
   - 제2 단계에서는 텍스처링된 면(56)의 제2 이미지(62)가 투명창(14, 58, 102)이 있도록 기록되고, 그리고
   - 제3 단계에서는 광학 흐름 방법에 의해 2개의 이미지(60, 62)들을 분석함으로써 변위 필드(150)가 결정되는, 투명창의 영향을 측정하기 위한 방법.
2. 제1항에 있어서, 텍스처링된 면(56)은 표면 상에 텍스처를 투영함으로써 생성되는, 투명창의 영향을 측정하기 위한 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 텍스처링된 면(56)은 강한 로컬 콘트라스트들을 갖는, 투명창의 영향을 측정하기 위한 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 텍스처링된 면(56)은 다양한 국소 공간 주파수들을 갖는 패턴을 통해 규정되는, 투명창의 영향을 측정하기 위한 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 이미지(60, 62)들이 각각 투명창(14, 58, 102)이 있도록 그리고 이러한 투명창이 없이 그리고 각각 변경된 텍스처링된 면(56)을 갖도록 기록되고, 이미지(60, 62)들은 평가 시에 각각 조합되는, 투명창의 영향을 측정하기 위한 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 거울이 추가로 사용되는, 투명창의 영향을 측정하기 위한 방법.
7. 제6항에 있어서, 적어도 하나의 거울 내 결함들의 영향을 결정하기 위해 사용되는, 투명창의 영향을 측정하기 위한 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 측정된 투명창(14, 58, 102)을 분류하고, 필요한 경우에는 릴리즈하기 위해 사용되는, 투명창의 영향을 측정하기 위한 방법.
9. 투명창(14, 58, 102)의 영향을 측정하기 위한 배열체로서, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하도록 구성된, 투명창의 영향을 측정하기 위한 배열체.
10. 제9항에 있어서, 카메라(10, 54, 104)를 포함하는, 투명창의 영향을 측정하기 위한 배열체.

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