JP2010069244A - 検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内視鏡システムの画像処理におけるノイズ検査を正確に行える検査装置を提供する。
【解決手段】内視鏡システム１の検査装置７０は、スコープ１０の先端部を固定した状態で保持する保持部７１を備える。スコープ１０を介した照明に使用する光源部３１から出射された光を導く導光部材７３を備える。スコープ１０が保持部７１に取り付けられた時に、スコープ１０の先端部と対向する位置に設けられ、導光部材７３を介して導かれた光源部３１からの光を拡散させ、スコープ１０に向けて照射する拡散部７５を備える。拡散部７３における光の照射領域は、拡散部７３におけるスコープ１０によって撮像される領域よりも大きい。
【選択図】図２

Description

本発明は、検査装置に関し、特に内視鏡システムの画像処理におけるノイズ検査を行う装置に関する。

撮像素子が搭載されたスコープを備えた内視鏡システムにおいて、開発時などに、ホワイトバランスなど内視鏡システムの画像処理特性の検査が行われる。かかる検査においては、検査に適したチャート（例えばホワイトバランスチャート）を撮像し、得られた画像信号などから検査に必要な値を測定する。

特許文献１は、内部に設けられたカラーチャートなどをスコープで撮像して画像処理特性の検査を行うための検査装置（測定容器）を開示する。
特開平０５−１３７６９３号公報

しかし、特許文献１の装置では、スコープから出射された光の反射光を撮像するため、チャート上に出射光の映り込みによる白飛びが発生する。このため、画像処理特性の検査、特に画像処理におけるノイズ検査を正確に行うことが出来ない。

したがって本発明の目的は、内視鏡システムの画像処理におけるノイズ検査を正確に行える検査装置を提供することである。

本発明に係る内視鏡システムの検査装置は、スコープの先端部を固定した状態で保持する保持部と、スコープを介した照明に使用する光源部から出射された光を導く導光部材と、スコープが保持部に取り付けられた時に、スコープの先端部と対向する位置に設けられ、導光部材を介して導かれた光源部からの光を拡散させ、スコープに向けて照射する拡散部とを備え、拡散部における光の照射領域は、拡散部におけるスコープによって撮像される領域よりも大きい。

拡散部からスコープに向けて照射される光は、拡散部によって強度分布が均一にされているので、スコープは、ムラのない光を撮像することが可能になる。拡散部において生成する均一な強度分布の光の光源として、内視鏡システムにおける通常観察に使用する光源部の光源が使用されるので、別途光源装置を用意することによるコストアップの問題、及び検査精度向上のために検査時における光源の条件を通常観察時のものと合わせることが困難性の問題は生じない。拡散部の構成は、背面からの光を拡散させるバックライト方式であってもよいし、側面からの光を拡散させるサイドライト方式であってもよい。

好ましくは、拡散部は、導光部材の端部が取り付けられ、且つ積分球の一部で構成される反射部と、反射部と保持部にとの間に配置された拡散板とを有し、拡散板は、導光部材の端部から出射され反射部と拡散板との間で拡散された光を、スコープに向けて照射する。

光源部からの光であって、導光部材から出射されたものは、反射部と拡散板で囲まれた空間内で拡散反射を繰り返し空間的に積分され、その結果、拡散板は、拡散板のどの部分においてもほぼ同じ強度分布の白色光を、スコープに向けて照射する。

また、好ましくは、光源部からの光であって、導光部材を介して導かれ、拡散部が照射した光をスコープで撮像して得られた画像信号は、内視鏡システムのノイズ検査に使用される。

ムラの無い光の撮像により得られた画像信号に基づいてノイズ検査が行われるため、ムラとノイズの混同を避けて、正確にノイズの発生度合いを把握することが可能になる。

さらに好ましくは、保持部は、拡散板と保持部に取り付けられたスコープとの間に、拡散板から照射された光を透過する第１検査用チャートが着脱可能なチャート保持部を有し、第１検査用チャートは、ホワイトバランスチャート、解像度チャート、グレースケールチャート、及びカラーチャートのいずれかであり、光源部からの光が、導光部材を介して導かれ、拡散部で反射し、拡散板から第１検査用チャートに照射された状態で、第１検査用チャートにおける透過光をスコープで撮像して得られた画像信号は、内視鏡システムの画像処理特性の検査に使用される。

これらのチャートを使用することにより、該検査装置を使って、スコープを保持部に保持した状態で、ホワイトバランスなどの他の画像処理特性の検査も行うことが可能になる。特に、検査用チャートが透過型の場合には、ノイズ検査に引き続いて、導光部材を介した光を使った検査が可能になる。

また、好ましくは、保持部は、拡散板と保持部に取り付けられたスコープとの間に、拡散板からの光を透過しない第２検査用チャートが着脱可能なチャート保持部を有し、第２検査用チャートは、ホワイトバランスチャート、解像度チャート、グレースケールチャート、及びカラーチャートのいずれかであり、光源部からの光が、スコープのライトガイドを介して導かれ、第２検査用チャートに照射された状態で、第２検査用チャートにおける反射光をスコープで撮像して得られた画像信号は、内視鏡システムの画像処理特性の検査に使用される。

これらのチャートを使用することにより、該検査装置を使って、スコープを保持部に保持した状態で、ホワイトバランスなどの他の画像処理特性の検査も行うことが可能になる。

以上のように本発明によれば、内視鏡システムの画像処理におけるノイズ検査を正確に行える検査装置を提供することができる。

以下、本実施形態における内視鏡システムの構成について、図を用いて説明する。本実施形態に係る内視鏡システム１は、スコープ１０、プロセッサ３０、及びモニタ５０を備える（通常観察時、図１参照）。また、後述するように、内視鏡システム１の開発時や製造時には、画像処理特性の検査を行うために、検査装置７０やノイズメーター９０も用いられる。スコープ１０は、光ファイバーケーブルなどのライトガイド１１、対物レンズや視感度補正フィルタを含む対物光学系１３、ＣＣＤなどの撮像素子を含む撮像部１４、映像信号処理部１５、及びスコープ１０とプロセッサ３０との間の電気信号や画像信号の伝達に使用される信号線１６を有する。

プロセッサ３０は、光源部３１、ビデオ信号処理部３３、プロセッサ３０の各部を制御する制御部３５を有する。プロセッサ３０ではスコープ１０により取得され映像信号処理部１５で前段の画像処理が施された画像信号に対し、モニタ５０で表示可能な画像（ビデオ信号）を生成する後段の画像処理が施される。

プロセッサ３０には、モニタ５０が接続される。モニタ５０は、プロセッサ３０で画像処理された、所定のビデオ信号の規格に準拠した画像を表示する表示手段である。プロセッサ３０には、モニタ５０の他に、プロセッサ３０で画像処理された画像データ等を記録する外部記憶装置や、画像を出力（プリントアウト）するプリンタなどが接続されてもよい。

通常観察時には、ライトガイド１１の一方の端部が、プロセッサ３０の光源部３１から出射光を受ける位置に配置される（図１参照）。光源部３１から出射された光は、ライトガイド１１を介して、スコープ１０の先端部から被観察体に向けて照射される。光源部３１は、光を出射する光源３１ａと絞り３１ｂを有し、光源３１ａからライトガイド１１を介して被観察体に照射される光量は、絞り３１ｂの開度によって調整される。

被観察体からの反射光などは対物光学系１３を介して撮像部１４の撮像素子に入射する。撮像素子では入射した光を光電変換し、画像信号が出力する。撮像部１４から出力された画像信号は、映像信号処理部１５において、ＹＣ分離、ホワイトバランス調整、色補正など前段の画像処理が施され、信号線１６を介して、プロセッサ３０のビデオ信号処理部３３に出力される。プロセッサ３０では、ビデオ信号処理部３３において、後段の画像処理が施されて、モニタ５０で出力可能なビデオ信号にされる。

本実施形態では、スコープ１０やプロセッサ３０の開発時や製造時に、検査装置７０を使って、内視鏡システム１における画像処理特性の検査が行われる（図２、図４、図５参照）。内視鏡システム１における画像処理特性の検査として、第１検査（ノイズ検査、図２参照）と、第２検査（図４、図５参照）とが行われる。検査装置７０は、内視鏡システム１の通常観察時には用いられない（図１参照）。検査装置７０は、第１、第２検査時にスコープ１０の先端部を固定した状態で保持する保持部７１、導光部材７３、及び拡散部７５を有する。

保持部７１は、本体７１ａ、固定台７１ｂ、及びチャートスロット７１ｃを有する（図２、図４、図５参照）。本体７１ａは、スコープ１０の先端部を遮光した状態で囲む筐体である。本体７１ａに設けられた固定台７１ｂは、スコープ１０の先端部を所定位置に固定して、拡散板７５ｂと対向させ、撮像部１４と拡散板７５ｂとの距離を一定に保つ部材である。特に、スコープ１０で使用される対物光学系１３の対物レンズは比較的広角のものが使用されることを考慮し、且つスコープ１０の先端部の遮光を確実にするために、スコープ１０の先端部を出来るだけ拡散板７５ｂに近い位置に固定するのが望ましい。また、固定台７１ｂは、拡散板７５ｂにおけるスコープ１０によって撮像される領域が、拡散板７５ｂにおける光の照射領域内に配置されるように、スコープ１０の先端部を固定する。

チャートスロット７１ｃは、検査用チャート７７を着脱可能に保持する。第１検査時には、検査用チャート７７は、使用されず、チャートスロット７１ｃから取り外される（図２参照）。このため、第１検査時には、チャートスロット７１ｃの挿入口が遮光される。

導光部材７３は、光源部３１から出射された光を拡散部７５に導く光ファイバーケーブルであり、スコープ１０のライトガイド１１に使用される光ファイバーケーブルと同等のものを使用するのが望ましい。第１検査時には、この導光部材７３の一方の端部が、光源部３１から出射光を受ける位置に配置される（図２参照）。また、このとき、ライトガイド１１は、光源部３１からの出射光を受ける位置から外される。

拡散部７５は、反射部７５ａと拡散板７５ｂを有する。反射部７５ａは、内壁に拡散反射性白色塗料が塗布された積分球の一部（半積分球）で構成される。但し、その形状は半積分球に限られるものではなく、他の積分球形状であってもよい。反射部７５ａの反射面は、略完全拡散反射面（Ｒ（λ）＝１）で構成される。反射部７５ａにはポート（開口部）が設けられ、導光部材７３からの光が反射部７５ａの内側または拡散板７５ｂに向けて出射されるように、該ポートには導光部材７３の他方の端部が取り付けられる。反射部７５ａにおけるポートの箇所や数は図２のものに限られない。

拡散板７５ｂは、反射部７５ａと保持部７１との間に配置される板状の拡散材である。光源部３１からの光であって、導光部材７３を介して反射部７５ａのポートから出射された光は、反射部７５ａと拡散板７５ｂで囲まれた空間内で拡散反射を繰り返し空間的に積分され、その結果、拡散板７５ｂは、拡散板７５ｂのどの部分においてもほぼ同じ強度分布の白色光を、スコープ１０側に向けて照射する。拡散板７５ｂにおけるスコープ１０によって撮像される領域の全体で、均一の強度分布の白色光を得るために、反射部７５ａや拡散板７５ｂの内径は、スコープ１０が保持部７１の固定台７１ｂに取り付けられた状態で、拡散板７５ｂにおけるスコープ１０によって撮像される領域の径に比べて大きめに設定する。すなわち、拡散板７５ｂにおける光の照射領域は、拡散板７５ｂにおけるスコープ１０によって撮像される領域よりも大きい。

第１検査時には、光源部３１から出射された光は、導光部材７３を介して、拡散部７５からスコープ１０に向けて照射される。このとき、ライトガイド１１を介しての光の出射は行われない。なお、光源３１ａから導光部材７３を介して拡散部７５に照射される光量は、絞り３１ｂの開度によって第１検査用の所定の光量になるように調整される。

拡散板７５ｂから照射された光は対物光学系１３を介して撮像部１４の撮像素子に入射する。撮像素子では入射した光を光電変換し、画像信号を出力する。撮像部１４から出力された画像信号は、映像信号処理部１５において、ＹＣ分離、ホワイトバランス調整、色補正など前段の画像処理が施され、信号線１６を介して、プロセッサ３０のビデオ信号処理部３３に出力される。プロセッサ３０では、ビデオ信号処理部３３において、後段の画像処理が施されて、ビデオ信号が生成される。第１検査時は、プロセッサ３０のビデオ信号出力端子には、ノイズメーター９０が接続される。

プロセッサ３０の制御部３５は、映像信号処理部１５において分離されたＹ信号に基づいて、画像全体の輝度値Ｙを算出し、該輝度値Ｙが第１検査用の所定の光量に対応する検査用輝度値ｙ１になるように絞り３１ｂの開度を調整する。但し、輝度値Ｙの算出は、ノイズメータ９０で検知するか、又は、プロセッサ３０に接続された別の機器で行われ、検査用輝度値ｙ１に対応する絞り３１ｂの開度の調整を手動または自動で行う形態であってもよい。

光量の調整、すなわち絞り３１ｂの開度の調整が完了した後、プロセッサ３０から出力されるビデオ信号が、ノイズ測定に使用される。具体的には、プロセッサ３０に接続されたノイズメーター９０は、ビデオ信号における画素ごとの輝度値を算出し、最も明るい輝度値と最も暗い輝度値の差異（輝度の振幅）の大きさを測定する。第１検査時にプロセッサ３０から出力されるビデオ信号は、スコープ１０によって撮像される領域の全体に均一の強度分布の白色光が拡散板７５ｂから照射された光を撮像して得られたものであるため、内視鏡システム１の画像処理におけるノイズ発生量が少ない場合には、最も明るい輝度値と最も暗い輝度値の差異が殆ど見られず、ノイズ発生量が多い場合には、該差異が生ずる。このため、かかる差異の大きさに基づいて、内視鏡システム１の画像処理におけるノイズの発生度合いを正確に把握することが可能になる。

第１検査結果（ノイズ発生度合い）に基づいて、ビデオ信号処理部３３におけるノイズ除去度合いが設定される。また、内視鏡システム１の開発にフィードバックされ、内視鏡システム１における各部の設計値などの決定に利用される。

なお、ライトガイド１１を介して照射された光を、反射型の白色チャートに照射し、白色チャートの反射光を撮像して得られたビデオ信号における輝度の差異に基づいてノイズ検出を行う形態も考えられる。しかしながら、この場合、白色チャートのムラ（斑）が輝度差になり、誤ってノイズがあるとして判断される恐れがある。また、白色チャート自体にムラが殆ど無い場合であっても、ライトガイド１１から照射された光の映り込みによる白飛びが白色チャート上のムラとなり、誤ってノイズがあるとして判断される恐れがある。これに対して、本実施形態では、拡散部７５において均一な強度分布にされた光を撮像して得られたビデオ信号の輝度の差異に基づいて第１検査（ノイズ検査）を行うため、ムラとノイズとの混同を避けて、正確にノイズの発生度合いを把握することが可能になる。

また、拡散部７５において生成する均一な強度分布の光の光源としては、内視鏡システム１における通常観察に使用する光源部３１とは別の光源装置を使用する形態も考えられる。しかしながら、この場合は、別途光源装置を用意することによるコストアップの問題、及び検査精度向上のために第１検査時における光源の条件を通常観察時のものと合わせることが困難になる問題がある。

また、本実施形態では、拡散部７５の構成が背面（保持部７１の反対側）からの光を拡散させるバックライト方式、すなわち拡散板７５ｂの背面に設けられた反射部７５ａで強度分布が均一な光を生成する形態を説明したが、拡散部７５の構成は側面からの光を拡散させるサイドライト方式、すなわち、導光部材７３からの光を拡散板７５ｂの側面に出射し、拡散板７５ｂで強度分布が均一な光を生成する形態であってもよい。

次に、第１検査を行う手順について図３のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１１で、スコープ１０が固定台７１ｂに取り付けられる。ステップＳ１２で、光源３１ａが点灯せしめられる。ステップＳ１３で、光源部３１から出射された光は、導光部材７３を介して拡散部７５に到達し、拡散板７５ｂから保持部７１に向けて照射される。撮像部１４は、拡散部７５から照射された光を撮像して画像信号を出力する。画像信号は、映像信号処理部１５における前段の画像処理、及びビデオ信号処理部３３における後段の画像処理が施されて、ビデオ信号が生成される。

ステップＳ１４で、制御部３５は、映像信号処理部１５において分離されたＹ信号に基づいて、画像全体の輝度値Ｙを算出する。ステップＳ１５で、制御部３５は、算出された輝度値Ｙが、検査用輝度値ｙ１と等しいか否かを判断する。等しくない場合には、ステップＳ１６に進められ、等しい場合はステップＳ１７に進められる。

ステップＳ１６で、輝度値Ｙが、検査用輝度値ｙ１と等しくなるように、制御部３５は、絞り３１ｂの開度を調整し、ステップ１４に戻される。ステップＳ１７で、ノイズ測定が行われる。

次に、第１検査と異なる別の画像処理特性の検査である第２検査（内視鏡システム１のホワイトバランス、解像度、階調、色再現性などの測定）について説明する。検査装置７０は、内視鏡システム１の第１検査だけでなく、第２検査にも使用される（図４、図５参照）。第２検査は、検査装置７０に検査用チャート７７が装着された状態で行われる。検査用チャート７７は、内視鏡システム１のホワイトバランス、解像度、階調、色再現性などを測定するために使用されるチャートであり、第２検査時には、拡散板７５ｂと保持部７１に取り付けられたスコープ１０との間に設けられたチャートスロット７１ｃに取り付けられる。第２検査時は、プロセッサ３０のビデオ信号出力端子には、モニタ５０が接続される。

検査用チャート７７の具体例としては、ホワイトバランスチャート、解像度チャート、グレースケールチャート、及びカラーチャートなどが挙げられる。ホワイトバランスチャートは、内視鏡システム１のホワイトバランスの測定に使用され、解像度チャートは、内視鏡システム１の解像度の測定に使用され、グレースケールチャートは、内視鏡システム１の階調の測定などに使用され、カラーチャートは、内視鏡システム１の色再現性の測定に使用される。第２検査においてそれぞれの測定を行う場合に、対応する検査用チャート７７がチャートスロット７１ｃに装着される。

検査用チャート７７は、拡散板７５ｂからの光を透過する透過型であってもよいし、透過しない反射型であってもよい。検査用チャート７７が透過型である場合（図４参照）には、光源部３１には導光部材７３が接続され、光源部３１から出射された光が、導光部材７３、反射部７５ａ、拡散板７５ｂを介して、検査用チャート７７のスコープ１０と反対側に照射され、該光の透過光を撮像部１４が撮像する。但し、ホワイトバランスの測定の際には、反射型のホワイトバランスチャートの分光反射特性と同等の分光透過特性を有する透過型チャートを用意する必要がある。検査用チャート７７が反射型である場合（図５参照）には、光源部３１にはライトガイド１１が接続され、光源部３１から出射された光が、スコープ１０のライトガイド１１を介して、検査用チャート７７のスコープ１０と対向する側に照射され、該光の反射光を撮像部１４が撮像する。

撮像部１４から出力された画像信号は、映像信号処理部１５において、ＹＣ分離、ホワイトバランス調整、色補正など前段の画像処理が施され、信号線１６を介して、プロセッサ３０のビデオ信号処理部３３に出力される。プロセッサ３０では、ビデオ信号処理部３３において、後段の画像処理が施されて、モニタ５０で出力可能なビデオ信号にされる。モニタ５０には、検査用チャート画像が表示される。例えば、第２検査でカラーチャートを使用した場合は、モニタ５０に表示された検査用チャート画像が、分光放射輝度計などを使って測定される。なお、測定は、分光放射輝度計に限られないし、モニタ５０に表示された画像に基づくものにも限られない。プロセッサ３０におけるビデオ信号出力端子に測定機器を接続し、該測定機器を使って色ごとの輝度や色度を測定する形態であってもよい。

第２検査結果に基づいて、ビデオ信号処理部３３におけるホワイトバランス等の設定値が決定される。また、内視鏡システム１の開発にフィードバックされ、内視鏡システム１における各部の設計値などの決定に利用される。

これにより、第１検査（ノイズ検査）を行う検査装置７０を使い、スコープ１０を保持部７１に保持した状態で、ホワイトバランスなどの他の画像処理特性の検査も行うことが可能になる。特に、検査用チャートが透過型の場合には、第１検査に引き続いて、導光部材７３を介した光を使って検査が可能になる。

なお、スコープ１０が、ライトガイド１１と信号線１６とが一体的に構成される形態であるなど、第１、第２検査時に、ライトガイド１１をプロセッサ２０と接続しない状態では、スコープ１０における信号線１６を直接プロセッサ２０と接続することが出来ない場合も考えられる。この場合、スコープ１０とプロセッサ３０との間で信号線１６の接続は維持する延長ケーブル１０１と、ライトガイド１１のプロセッサ３０への接続を遮断するライトガイド受け部１０２、導光部材７３のプロセッサ３０への接続を維持する導光部材受け部１０３とを有する中間接続装置１００を、スコープ１０とプロセッサ３０との間に設けることで、問題は解消する（図６参照）。

本実施形態における通常観察時の内視鏡システムの構成図である。 第１検査時の内視鏡システムと検査装置の構成図である。 第１検査の手順を示すフローチャートである。 透過型の検査用チャートを使用した場合における第２検査時の内視鏡システムと検査装置の構成図である。 反射型の検査用チャートを使用した場合における第２検査時の内視鏡システムと検査装置の構成図である。 スコープとプロセッサとの間に中間接続装置を設けた場合の内視鏡システ ムの構成図である。

符号の説明

１ 内視鏡システム
１０ スコープ
１１ ライトガイド
１３ 対物光学系
１４ 撮像部
１５ 映像信号処理部
１６ 信号線
３０ プロセッサ
３１ 光源部
３１ａ 光源
３１ｂ 絞り
３３ ビデオ信号処理部
３５ 制御部
５０ モニタ
７０ 検査装置
７１ 保持部
７１ａ 本体
７１ｂ 固定台
７１ｃ チャートスロット（チャート保持部）
７３ 導光部材
７５ 拡散部
７５ａ 反射部
７５ｂ 拡散板
９０ ノイズメーター
１００ 中間接続装置
１０１ 延長ケーブル
１０２ ライトガイド受け部
１０３ 導光部材受け部

Claims (5)

1. スコープの先端部を固定した状態で保持する保持部と、
   前記スコープを介した照明に使用する光源部から出射された光を導く導光部材と、
   前記スコープが前記保持部に取り付けられた時に、前記スコープの先端部と対向する位置に設けられ、前記導光部材を介して導かれた前記光源部からの光を拡散させ、前記スコープに向けて照射する拡散部とを備え、
   前記拡散部における光の照射領域は、前記拡散部における前記スコープによって撮像される領域よりも大きいことを特徴とする内視鏡システムの検査装置。
2. 前記拡散部は、前記導光部材の端部が取り付けられ、且つ積分球の一部で構成される反射部と、前記反射部と前記保持部にとの間に配置された拡散板とを有し、
   前記拡散板は、前記導光部材の端部から出射され前記反射部と前記拡散板との間で拡散された光を、前記スコープに向けて照射することを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
3. 前記光源部からの光であって、前記導光部材を介して導かれ、前記拡散部が照射した光を前記スコープで撮像して得られた画像信号は、前記内視鏡システムのノイズ検査に使用されることを特徴とする請求項２に記載の検査装置。
4. 前記保持部は、前記拡散板と前記保持部に取り付けられた前記スコープとの間に、前記拡散板から照射された光を透過する第１検査用チャートが着脱可能なチャート保持部を有し、
   前記第１検査用チャートは、ホワイトバランスチャート、解像度チャート、グレースケールチャート、及びカラーチャートのいずれかであり、
   前記光源部からの光が、前記導光部材を介して導かれ、前記拡散部で反射し、前記拡散板から前記第１検査用チャートに照射された状態で、前記第１検査用チャートにおける透過光を前記スコープで撮像して得られた画像信号は、前記内視鏡システムの画像処理特性の検査に使用されることを特徴とする請求項３に記載の検査装置。
5. 前記保持部は、前記拡散板と前記保持部に取り付けられた前記スコープとの間に、前記拡散板からの光を透過しない第２検査用チャートが着脱可能なチャート保持部を有し、
   前記第２検査用チャートは、ホワイトバランスチャート、解像度チャート、グレースケールチャート、及びカラーチャートのいずれかであり、
   前記光源部からの光が、前記スコープのライトガイドを介して導かれ、前記第２検査用チャートに照射された状態で、前記第２検査用チャートにおける反射光を前記スコープで撮像して得られた画像信号は、前記内視鏡システムの画像処理特性の検査に使用されることを特徴とする請求項３に記載の検査装置。
   
   

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