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机器视觉运动控制一体机应用例程(三) 基于BLOB分析的多圆定位

  

  1.png

  

  我们在《VPLC系列机器视觉运动控制一体机快速入门(三)》的推文中,讲述了基于形状匹配的视觉定位功能,而BLOB斑点分析也可以实现定位功能。

  本期课程我们将在BLOB斑点分析定位的基础上进行检测圆形,输出圆心的坐标数据。

  《视频教程:机器视觉运动控制一体机应用例程(三) 基于BLOB分析的多圆定位》

  一 检测原理

  

  (一)BLOB斑点定位

  BLOB斑点分析功能可以输出BLOB区域的重心位置XY,BLOB斑点区域还可以拟合成特定形状如外接矩形,输出矩形的角度,从而实现定位的功能。

  (二)BLOB分析的圆形检测+示意图

  圆形测量器不具有定位功能,因此当检测目标在视野的位置是随机时,我们需要配合定位功能将测量器跟随目标移动。本节程序示例将检测到的BLOB重心XY数据作为圆形测量器的中心XY值,即可实现位置跟随功能。

  

  2.png

  

  二 软件演示

  

  (一)检测要求

  使用ZDevelop软件的ZBASIC编程语言编写程序,用于检测以下路径中图片的圆环零件的圆心位置XY以及半径。

  使用到的视觉功能:BLOB斑点分析+检测圆形+九点标定。

  

  3.png

  

  (二)实例演示

  1.打开ZDevelop软件:新建项目→新建HMI文件→新建main.bas文件,用于编写界面响应函数→新建global_variable.bas文件用于定义全局变量并开启HMI自动运行任务→新建detectParam.bas文件,用于初始化测量参数→新建camera.bas文件用于实现相机采集功能→文件添加到项目。

  

  4.png

  

  2.设计HMI界面。

  

  5.png

  

  3.在global_variable.bas文件中添加全局变量。

  '''''全局变量大部分使用数组结构'''''

  ''注:basic编程中很多函数会以TABLE(系统的数据结构)做为参数

  ''table 说明 table 说明

  ''0 ' 自动二值化阈值 11~12 鼠标操作时获取的坐标

  ''2 亮区域的面积 20~24 图像信息

  ''4 暗区域的面积 6 连通区域的数量

  ''40~42 小圆斑点的面积和位置X,Y数据 81~98 标定图像坐标xy

  ''46~48 小圆圆心X,Y和半径 131~148 标定世界坐标xy

  ''39 提取mark点成功标志 56~57 圆点矩阵行列数

  ''49~50 圆上的点坐标

  '主任务状态

  '0 - 未初始化

  '1 - 停止

  '2 - 运行中

  '3 - 正在停止

  GLOBAL DIM main_task_state

  main_task_state = 1

  '采集开关

  '0 - 停止采集

  '1 - 请求采集

  GLOBAL DIM grab_switch

  grab_switch = 0

  '相机个数

  GLOBAL cam_num

  cam_num = 0

  '相机种类,"zmotion;mvision;basler;mindvision;huaray"

  GLOBAL DIM CAMERA_TYPE(16)

  CAMERA_TYPE = "mvision"

  ' 定义主任务id - 10

  GLOBAL DIM main_task_id

  main_task_id = 10

  '定义连续采集任务id - 9

  GLOBAL DIM grab_task_id

  grab_task_id = 9

  '定义全局图像变量

  GLOBAL ZVOBJECT grabImg '采集图像

  GLOBAL ZVOBJECT binImg '二值化图像

  GLOBAL ZVOBJECT disImg '显示图像

  '定义常用颜色变量

  GLOBAL C_RED, C_GREEN, C_BLUE, C_YELLOW

  C_RED = RGB(255, 0, 0)

  C_GREEN = RGB( 0,255, 0)

  C_BLUE = RGB( 0, 0,255)

  C_YELLOW= RGB(255,255, 0)

  '检测参数:阈值模式(自动阈值或手动阈值)、低阈值、高阈值、最小面积、最大面积

  GLOBAL DIM d_detect_param(5) 'd开头表示数据结构

  '开/闭运算参数

  GLOBal DIM d_deal_value(2)

  '检测消耗时间

  GLOBal DIM d_detect_time

  '小圆的位置x/y结果

  GLOBal DIM d_circle_rst(18)

  '显示打印的字符

  GLOBAL ShowString(64)

  '***********定义坐标标定相关变量*********************

  '是否标定

  GLOBAL DIM is_ca_success

  '定义标定成功标志,0-标定未成功,1-标定成功

  GLOBAL DIM d_calib_success

  d_calib_success = 0

  '定义标定系数即矩阵转换系数

  GLOBAL ZVOBJECT ca_param

  '定义标定参数数组,依次为:标定类型、对比度、极性、最小面积、最大面积、世界坐标点间距

  GLOBAL DIM d_ca_param(6) 'd开头表示数据结构

  '定义是否使用标定功能

  GLOBAL DIM d_use_calib

  d_use_calib=0

  '定义标定误差,依次为最小误差、最大误差、平均误差

  GLOBAL DIM ca_min_err,ca_max_err,ca_avg_err

  ca_min_err = 0

  ca_max_err = 0

  ca_avg_err = 0

  '***********定义读取本地文件功能相关变量**************

  ''注意,该功能只在使用仿真器时有效

  '定义是否使用本地图片标志

  GLOBAL DIM d_use_imgfile

  '定义本地图片索引

  GLOBAL DIM d_index

  '定义读取图片的路径

  GLOBAL DIM File_Name(100)

  '***********结束定义读取本地文件功能相关变量**********

  '运行HMI文件

  RUN "Hmi.hmi",1

  4.关联HMI界面控件变量。

  

  6.png

  

  5.在detectParam.bas文件中初始化测量参数。

  end

          GLOBAL SUB init_detect_param() '初始化测量参数

          d_deal_value(0)=1 '初始化开/闭运算参数

          d_deal_value(1)=1

          '初始化检测参数:阈值模式(自动阈值 = 1 或 手动阈值 = 0)、低阈值、高阈值、极性(黑或白)、最大、最小、反向(即结果取反,成功变成失败、失败变成成功)

          d_detect_param(0) = 0 '手动阈值

          d_detect_param(1) = 140 '低阈值

          d_detect_param(2) = 255 '高阈值

          d_detect_param(3) = 11000 '最小面积即像素个数

          d_detect_param(4) = 12000 '最大面积

          d_use_imgfile = 1 '默认使用本地图片

          d_index = 0

          TABLE(6)=0 '将小圆数量初始化为0

          for i=0 to 17

          d_circle_rst(i)=0

          next

          '初始化坐标标定相关的变量

          d_ca_param(0) = 0 '标定类型

          d_ca_param(1) = 120 '对比度

          d_ca_param(2) = 0 '极性

          d_ca_param(3) = 80 '最小面积

          d_ca_param(4) = 20000 '最大面积

          d_ca_param(5) = 9 '世界坐标点间距

          ca_min_err = 0 '最小误差

          ca_max_err = 0 '最大误差

          ca_avg_err = 0 '平均误差

          for i=0 to 17 '初始化圆点矩阵像素坐标

          TABLE(81+i)=0

          next

          for i=0 to 17 '初始化圆点矩阵世界坐标

          TABLE(131+i)=0

          next

          TABLE(39)=0 '提取mark点状态默认为失败

  END SUB

  6.在main.bas文件中添加界面初始化函数,并在hmi系统设置中关联初始化函数名。

  end

      '注:

      '凡是要使用Region有关的算子在系统初始化时都要调用ZV_RESETCLIPSIZE(width, height)这个算子设置下图像尺寸,以满足相机分辨率,因为默认的是640*480尺寸

      'HMI界面初始化函数

      GLOBAL SUB hmi_init()

      grab_switch = 0 '停止采集

      main_task_state = 1 '主任务停止运行

      ZV_RESETCLIPSIZE(1280, 960) '依据图像分辨率设置区域的裁剪尺寸,此处图像分辨率为1280x960

      ZV_LATCHSETSIZE(0, HMI_CONTROLSIZEX(10, 7), HMI_CONTROLSIZEY(10, 7)) '设置锁存的大小

      init_detect_param() '初始化测量参数

      ZV_SETSYSDBL("CamGetTimeout", 1000) '设置采集超时

      ZV_SETSYSINT("LineWidth",6)

      ZV_LATCHCLEAR(0) '清空锁存通道0

  END SUB

  

  7.png

  

  7.在camera.bas文件中添加HMI运行界面中采集相关按钮响应的函数并关联动作函数。

  

  8.png

  

  end

      '主界面按下扫描相机按钮时响应的函数

      GLOBAL SUB cam_scan_all()

      if(d_use_imgfile=1)then

          ?"请先按下使用本地图片按钮关闭该功能"

      return

  endif

      ZV_SETSYSINT("LogLevel", 7) '设置控制器信息

      ZV_SETSYSSTR("DataDir","")

      CAM_SCAN(CAMERA_TYPE) '扫描相机,CAMERA_TYPE="mvision"

      cam_num = CAM_COUNT() '获取扫描到的相机数量

  if (0 = cam_num) then '如果相机数量=0,打印提示信息

      ? "未找到相机"

      return '退出子函数,不往下执行

  endif

      ?"cam_num = " cam_num '如果扫描到相机,打印相机数量

      CAM_SEL(0) '选择扫描到的第一个相机进行操作

      CAM_SETEXPOSURE(5000) '设置相机曝光时间为5000us

      CAM_SETMODE(0) '设置软件触发模式

      CAM_START(0) '开启相机

  END SUB

  '主界面按下单次采集按钮执行的函数

  GLOBAL SUB btn_grab()

      ''如果d_use_imgfile=1时使用读取本地图片功能,该功能只在使用仿真器时有效,使用控制器时请将此部分代码注释掉

      if (d_use_imgfile=1) then

      if(d_index=3) then

          d_index=0

      endif

          File_Name="\圆定位\"+TOSTR(d_index,1,0)+".bmp" '.../flash/圆定位/目录下的图片所在的路径名称

          ZV_IMGREAD(grabImg,File_Name,0)

          ZV_LATCH(grabImg, 0)

          d_index=d_index+1

      return

      endif

          ''读取本地图片功能结束

      if cam_num = 0 then

          ?"请先扫描相机!"

          return

      endif

          CAM_SETPARAM("TriggerSoftware", 0) '发送触发指令

          CAM_GET(grabImg, 0) '获取一帧图像存放到grabImg变量中

          ZV_LATCH(grabImg, 0) '将图像显示到锁存通道0中

  END SUB

  '主界面按下连续采集按钮响应的函数

      GLOBAL SUB btn_cgrab()

          if grab_switch =1 then '如果已经处于连续执行状态,打印提示信息并退出函数

                  ?"正在连续运行中,请勿重复操作!"

                  return

              endif

              if( d_use_imgfile =0) then

              if cam_num = 0 then '如果相机数量=0,打印提示信息并退出函数

                  ?"请先扫描相机!"

                  return

                  endif

                  endif

                  grab_switch = 1 '采集任务开关置1

              if (1 = grab_switch) then

              if (0 = PROC_STATUS(grab_task_id)) then

                  RUNTASK grab_task_id, grab_task '开启连续采集任务

          endif

      endif

  END SUB

  '采集任务实现函数

  grab_task:

          while(1)

              if (0 = grab_switch) then '如果采集任务开关=0即停止采集按钮按下时

              exit while '退出循环

              endif

                  '重复执行以下操作

              btn_grab()

          wend

  END

  '主界面按下停止采集按钮响应的函数

              GLOBAL SUB btn_stopCgrab()

              if grab_switch =0 then '如果已经处于停止采集状态,打印提示信息并退出函数

                      ?"未开启连续采集!"

                  return

              endif

              grab_switch = 0 '将采集任务开关置0

  END SUB

  8.点击“元件”→“新建窗口”,新建标定界面窗口,并将《VPLC系列机器视觉运动控制一体机快速入门(六)》中的标定程序的界面拷贝到新建的窗口界面。

  

  9.png

  

  9.在main.bas文件中添加运行界面按下【标定】按钮时的响应函数,以及标定窗口界面按下【提取mark点】按钮、【标定】按钮以及【返回】按钮时响应的函数,可参考《VPLC系列机器视觉运动控制一体机快速入门(六)》中的标定程序。

  '点击运行界面按下标定按钮时响应的函数

      GLOBAL SUB btn_calib()

      '设置坐标标定窗口锁存通道0的锁存大小

      ZV_LATCHSETSIZE(0, HMI_CONTROLSIZEX(11, 91), HMI_CONTROLSIZEY(11, 91))

      if (d_use_imgfile=1) then '如果使用本地图片功能

      ZV_IMGREAD(grabImg,"\圆定位\calib.bmp",0) '加载标定图片

  endif

      ZV_LATCHCLEAR(0) '将锁存通道0清空

      ZV_LATCH(grabImg, 0) '显示采集图像显示到锁存通道0中

      HMI_SHOWWINDOW(11) '弹出窗口号为11的坐标标定窗口界面

  END SUB

      '坐标标定界面按下提取mark点按钮时响应的函数

          GLOBAL SUB btn_ca_extract()

          for i=0 to 17 '初始化圆点矩阵像素坐标

          TABLE(81+i)=0

          next

          for i=0 to 17 '初始化圆点矩阵世界坐标

          TABLE(131+i)=0

          next

          TABLE(39)=0 '提取mark点状态默认为失败

      ZVOBJECT inppts, ppts, wpts

      '根据提取像素参数提取像素坐标,存放到inppts矩阵中

              ZV_CALGETSCAPTS(grabImg, inppts, d_ca_param(1), d_ca_param(2), d_ca_param(3), d_ca_param(4))

              '获取矩阵inppts中的数据信息,存放到table(56)中

              ZV_MATINFO (inppts, 56)

              DIM row,col

              row = TABLE(56) '矩阵行数赋值给row变量

              col = TABLE(57) '矩阵列数赋值给col变量

              if(row * col = 18) then '如果获取到9个圆点的圆心位置坐标x,y

                      TABLE(39) = 1 '窗口界面提示提取mark点成功

                      else

                      TABLE(39) = 0 '窗口界面提示提取mark点失败

              return '返回子函数,不往下执行

      endif

      '根据mrak点间距和像素坐标计算世界坐标,存放到wpts矩阵

              ZV_CALGETPTSMAP(inppts,ppts,wpts,d_ca_param(5))

              '获取矩阵ppts中的数据信息,存放到table(56)中

              ZV_MATINFO (ppts, 56)

              row = TABLE(56) '矩阵行数赋值给row变量

              col = TABLE(57) '矩阵列数赋值给col变量

              if(row * col = 18) then'如果获取到9个圆点的圆心位置坐标x,y

              TABLE(39) = 1 '窗口界面提示提取mark点成功

              else

              TABLE(39) = 0 '窗口界面提示提取mark点失败

              return '返回子函数,不往下执行

              endif

              '像素坐标和世界坐标放入table中

              DIM i

              FOR i=0 TO row-1

              ZV_MATGETROW (ppts, i, col, 81 + i*col)'将像素坐标存放到table81~table98中

              ZV_MATGETROW (wpts, i, col, 131 + i*col)'将世界坐标存放到table131~table148中

      NEXT

      '将灰度图转成RGB图像,作为结果图像

              ZVOBJECT color

              ZV_GRAYTORGB(grabImg, color)

              '绘制mark点的十字架

              DIM j, pixNum

              pixNum = 0

              FOR i=0 TO 2

              FOR j=0 TO 2

              '绘制mark标记点

              ZV_MARKER(color, TABLE(81 + 2 * pixNum), TABLE(81 + 2 * pixNum + 1), 0, 40, C_GREEN)

              pixNum = pixNum + 1

              NEXT

              NEXT

              '用文本绘制mark点的序号,显示在图像界面中

              FOR i=0 TO 8

              ZV_TEXT (color, TOSTR(i,1,0), TABLE(81+2*i)-20, TABLE(81+2*i +1)-40, 80, C_RED)

              NEXT

              ZV_LATCH(color, 0)'显示结果图像

      END SUB

      '坐标标定界面按下标定按钮时响应的函数

              GLOBAL SUB btn_ca_calib()

              ZV_IMGINFO(grabImg,0) '获取采集图像信息

              '根据像素坐标数据组和世界坐标数据组执行标定,获得标定系数ca_param

              ZV_CALCAM(ppts,wpts,ca_param,TABLE(0),TABLE(1),d_ca_param(0))

              is_ca_success=1 '标定成功标志置1

              ZV_CALERROR(ca_param, ppts, wpts, 0)'计算标定误差,并将结果存放在起始地址为0的数组中

              ca_min_err = TABLE(1) '将误差结果赋值给变量,用于在界面中实时显示误差结果

              ca_max_err = TABLE(2)

              ca_avg_err = TABLE(0)

      END SUB

      '坐标标定界面按下返回按钮时响应的函数

              GLOBAL SUB btn_ca_param_rtn()

              ZV_LATCHCLEAR(0) '将锁存通道0清空

              ZV_LATCHSETSIZE(0, HMI_CONTROLSIZEX(10, 7), HMI_CONTROLSIZEY(10, 7)) '设置锁存的大小

              btn_grab()

              HMI_CLOSEWINDOW(11) '关闭窗口号为13的坐标标定窗口界面

      END SUB

  10.在main.bas文件中添加HMI运行界面按下测试按钮响应的函数,并关联动作函数名。

          'HMI界面按下测试按钮时响应的函数

          GLOBAL SUB btn_test()

          TABLE(6)=0 '检测前先将结果数据清0

          d_detect_time=0

          for i=0 to 17

          d_circle_rst(i)=0

          next

          TICKS=0

          '定义变量,依次为白色像素连通区域,掩模区域,黑色像素连通区域,连通区域结果列表,小圆斑点区域,圆测量器,中间结果变量

          ZVOBJECT regionWhite, regionMask, regionBlack,re_connecte,circle_connect,mr,tmp

          '生成全图像区域

          ZV_REGENFULLIMG(grabImg,regionMask)

          '二值化处理

  if d_detect_param(0) = 0 then '如果选择手动阈值模式

  '根据低阈值和高阈值参数生成白色像素图像regionWhite

          ZV_RETHRESH(grabImg, regionMask, regionWhite, d_detect_param(1), d_detect_param(2))

          '对白色像素区域进行一次1*1的开运算

          ZV_REOPENING(regionWhite,regionWhite,d_deal_value(0),d_deal_value(0))

          '对白色像素区域进行一次1*1的闭运算

          ZV_RECLOSING(regionWhite,regionWhite,d_deal_value(1),d_deal_value(1))

          else '如果选择自动阈值模式

          Dim autoThresh '定义自动阈值模式下的二值化阈值

          '在grabImg图像中的指定区域内对图像进行自动二值化处理,输出二值化区域regionWhite

          ZV_REAUTOTHRESH(grabImg, regionMask, regionWhite, 0)

          '对白色像素区域进行一次1*1的开运算

          ZV_REOPENING(regionWhite,regionWhite,d_deal_value(0),d_deal_value(0))

          '对白色像素区域进行一次1*1的闭运算

          ZV_RECLOSING(regionWhite,regionWhite,d_deal_value(1),d_deal_value(1))

          autoThresh = TABLE(0)

          ? "autoThresh = " autoThresh '打印提示信息,当前二值化阈值

          endif

          '计算BLOB面积

          ZV_REAREA(regionWhite, 2) '计算regionWhite亮区域的面积,存放到table(2)中

          if(TABLE(2)>0) then '如果获取到的白色像素数量大于0

          ZV_RECONNECT(regionWhite,re_connecte) '计算区域的连通区域,存放到re_connecte列表中

          zv_refilter(re_connecte,0,d_detect_param(3),d_detect_param(4),0)'对区域列表中的区域进行过滤,保留面积在 d_detect_param(3) 到 d_detect_param(4) 的区域,面积不在此范围的区域将被过滤掉

          zv_refilter(re_connecte,20,0.8,1.3,0)'对区域列表中的区域进行过滤,保留最小外接矩形高宽比在0.9 到 1.1 的区域,面积不在此范围的区域将被过滤掉

          ZV_RESORT(re_connecte,1,1) '对区域列表中的区域按照重心X的数据进行升序排序

          ZV_LISTCOUNT(re_connecte,6) '获取列表中的连通区域的数量,存放到table(6)中

  endif

  '绘制效果图

      Dim width, height

      ZV_IMGINFO (grabImg, 20)'获取grabImg的图像信息

      width = TABLE(20)

      height = TABLE(21)

      ZV_GRAYTORGB(grabImg,disImg)'将灰度图转换到RGB图像,用于绘制检测结果图像

      ZV_REGION(disImg, regionMask, 0, ZV_COLOR(0,0,0)) '在disImg中绘制黑色的regionMask区域

      ZV_REGION(disImg, regionWhite, 0, ZV_COLOR(255,255,255))'在disImg中绘制白色的regionWhite区域

      for i=0 to TABLE(6)-1 '循环获取小圆斑点的位置XY信息生成圆测量器,检测圆心位置

      ZV_LISTGET(re_connecte,circle_connect,i) '获取列表中序号为i的元素,即依次获取列表中小圆斑点的连通区域

      ZV_REAREACENTER(circle_connect,40) '计算斑点区域的面积与中心位置,将位置放入TABLE(40)中

      ZV_MRGENCIRCLE(mr,TABLE(41),TABLE(42),70,50,0,360,1,10,8) '生成圆测量区域

      '设置测量参数,包括滤波尺寸、边缘阈值、边缘极性和边缘位置

      ZV_MRSETADV(mr,5, 50, 1,0)

  TABLE( 46, 0, 0, 0)'初始化结果数组

  '测量圆,并将结果赋值给起始地址为46的数组

          ZV_MRCIRCLE(mr, grabImg, tmp, 46)

          ZV_CIRCLE(disImg,TABLE(46),TABLE(47),TABLE(48),zv_color(0,255,0))'绘制小圆结果

          ShowString=TOSTR(i,1,0) '将BLOB的数量转换成字符串变量

          ZV_TEXT(disImg,ShowString,TABLE(46),TABLE(47),55,ZV_COLOR(0,0,255)) '显示结果文本

          ZV_MARKER(disImg,TABLE(46),TABLE(47),0,50,zv_color(0,255,0)) '在图像img中绘制十字

          if is_ca_success=1 AND d_use_calib=1 then

          ZV_CALTRANSW(ca_param, TABLE(46)+TABLE(48),TABLE(47),49) '圆心加半径的坐标

          ZV_CALTRANSW(ca_param, TABLE(46),TABLE(47),46) '使用标定系数将图像坐标转换成世界坐标

          d_circle_rst(i*3+0)=TABLE(46)'将测量圆的结果赋值给圆心变量,显示到界面中

          d_circle_rst(i*3+1)=TABLE(47)

          d_circle_rst(i*3+2)=ZV_DISTPP(TABLE(46),TABLE(47),TABLE(49),TABLE(50))

          else

          d_circle_rst(i*3+0)=TABLE(46)'将测量圆的结果赋值给圆心变量,显示到界面中

          d_circle_rst(i*3+1)=TABLE(47)

          d_circle_rst(i*3+2)=TABLE(48)

          endif

          next

          ZV_LATCH(disImg, 0) '在锁存通道0中显示结果图像

          d_detect_time=ABS(TICKS)'计算检测消耗时间

  END SUB

  

  10.png

  

  11.在main.bas文件中添加HMI运行界面按下运行按钮响应的函数,并关联动作函数名。

  'HMI界面按下运行按钮时响应的函数

      GLOBAL SUB btn_run()

          if(2 = main_task_state) then '如果主任务处于运行状态,打印提示信息并退出函数

              ?"已经开启连续运行任务,请勿重复操作!"

          return

          endif

          if (1 = main_task_state) then '如果主任务处于停止状态

              if (0 = PROC_STATUS(main_task_id)) then '如果任务未开启

                  main_task_state = 2 '主任务状态设置为2,表示正在执行连续任务

                  RUNTASK main_task_id, main_task '开启主任务

              endif

          endif

          END SUB

          '主任务实现函数

          main_task:

          while(1)

              if (3 = main_task_state) then '如果主任务状态处于3即按下停止按钮时

                  main_task_state = 1 '将主任务状态置为1

              exit while '退出循环

          endif

          '重复执行采集和检测函数

          btn_grab()

          btn_test()

      wend

  END

  

  11.png

  

  12.在main.bas文件中添加HMI运行界面按下停止按钮响应的函数,并关联动作函数名。

  'HMI界面按下停止按钮时响应的函数

  GLOBAL SUB btn_stop()

  if (2 = main_task_state) then '如果主任务状态处于3即正在连续执行任务时

  main_task_state = 3 '将主任务状态置为3,退出循环

  endif

  END SUB

  

  12.png

  13.png

  

  

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