CN103547747A - 作业机械的周围监视装置 - Google Patents
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Abstract
本发明在车辆的前部和后部间可弯曲的绞接式作业机械中取得俯视图像,一起显示在监视器上和车辆的图像时,产生最适合由操作员监视作业机械的周围的显示图像。当在监视器(12)上显示用在车辆前部(1)和车辆后部(2)上设置的摄像机(11a~11e)得到的摄像机图像时,显示合成了个别俯视图像生成的合成俯视图像,所述个别俯视图像通过进行坐标变换,使得在把设置有驾驶室(8)的车辆后部(2)作为固定特征图像(2C),把对于该固定特征图像(2C)弯曲的车辆前部1作为可动特征图像(1C),在这样显示的车辆图像(VC)的周围,使摄像机图像成为上方视点那样得到;在车辆前部1和车辆后部(2)以连结轴(10)为中心弯曲时,使从在车辆前部(1)上设置的摄像机(11a、11b)得到的个别俯视图像(11A、11B)的显示范围变化。
Description
技术领域
本发明涉及在由通过关节部弯曲的绞接式车辆构成的作业机械中,为确保通过机械执行的作业的安全等而设置的作业机械的周围监视装置。
背景技术
一般,为确保自行驶式作业机械中的作业的安全,或者为谋求提高作业机械的操作性,历来就知道设置车辆的周围监视装置。现有技术的周围监视装置,是通过在车体上安装摄像机同时,在驾驶室中操作员就座的驾驶座位的前方位置设置监视器构成。用摄像机摄影的图像作为运动状态的影像显示在监视器上,从该监视器的图像能够确认在车辆的周围是否站立有操作者等,或者在周围是否存在建筑物或者树木等。
但是,有时简单地用摄像机图像难以正确地把握距离感。另外,根据情况也有时难以把握方向性。在监视器上,在作业机械的附近站立有操作者等或者在作业机械的附近存在建筑物等障碍物的情况下,也就是说在作业机械的附近位置存在人或物等障碍的情况下,有时仅用眼观察监视器不能正确地判断作业机械的一部分是否有和这些接触的危险、是否必须采取回避动作、或者作为回避动作需要何种程度的动作、是否不能进一步回避而必须停止作业机械的动作等。也就是说,有时从在监视器上显示的摄像机图像不能认识作业机械和人或物的障碍物之间的正确的距离或方向性。
但是,若使摄像机从某高度朝向斜下方向的视野进行摄影,对该摄像机图像进行图像变换处理时,则能够变换为来自虚拟视点的图像。作为虚拟视点图像,把视点作为上方位置的上方视点图像成为俯视状态的图像。当在监视器上显示该俯视图像时,能够正确地把握到人或物的障碍的距离或其方向。在作业机械中通过显示俯视图像进行周围的监视的装置例如在专利文献1中公开。在该专利文献1中,通过在作为作业机械的液压挖掘机的后方和左侧方的规定的位置安装摄像机,把这些摄像机的光轴朝向斜下方,取得在后方以及侧方具有宽广视野的图像,在监视器上显示使成为上方视点那样进行了视点变换的俯视图像,由此取得周围监视画面。
当这样在监视器上显示俯视图像时,能够正确地把握从作业机械到人或物的障碍的距离以及方向。因此,在使作业机械动作时,能够通过该监视器的影像确认周围的安全。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开WO2006/106685说明书单行本
发明内容
发明要解决的课题
作为自行驶式机械,有由绞接式车辆构成的自行驶式作业机械。例如绞接式轮式装载机或者绞接式翻斗汽车等是在车辆的前部和后部之间有可弯曲的关节的机械。亦即,在绞接式轮式装载机中,在车辆前部设置装料斗及其驱动机构,在车辆后部设置驾驶室等。另外在绞接式翻斗汽车的情况下,车辆前部成为驾驶室,在车辆后部设置载物台。
在以上那样的绞接作业机械与专利文献1中表示的液压挖掘机不同,由于车辆前部和车辆后部之间弯曲,所以在绞接式作业机械中取得俯视图像而显示在监视器上的情况下,关于怎样配置摄像机、或者怎样显示用摄像机取得的俯视图像等,存在必须解决的课题。
本发明鉴于上述课题做出,其目的是,将来自设置在车辆的各部的摄像机的图像的俯视图像与在车辆的前部和后部之间可弯曲的绞接式作业机械的图像一起显示在监视器上时,使其成为对于操作员而言最适合监视作业机械的周围的显示图像。
解决课题的方法
为实现上述目的,本发明涉及作业机械的周围监视装置,其设置在利用连结轴以能够向左右弯曲的方式连结车辆前部和车辆后部的绞接式作业机械中,其特征在于,具有:在上述车辆前部设置的一个或者多个摄像机;在上述车辆后部设置的、包含将车辆的后方位置作为视野的摄像机的一个或者多个摄像机;用于显示上述作业机械的周围监视图像的监视器;根据以上述连结轴作为中心的上述车辆前部和上述车辆后部之间的弯曲角度,计算上述各摄像机的位置的摄像机位置计算部;将通过上述各摄像机取得的摄像机图像以成为上方视点的方式进行视点变换分别做成俯视图像的图像变换单元;用于生成将通过上述各摄像机拍摄的各个别俯视图像以成为与通过上述摄像机位置计算部算出的各个位置关系的方式合成的合成俯视图像,并在上述监视器上显示该合成俯视图像的图像合成单元;以及显示图像生成单元,用于使上述合成俯视图像和车辆图像一起显示在上述监视器上,上述车辆图像将上述车辆前部或者上述车辆后部的任何一方作为固定的固定侧特征图像,将另一方作为根据上述弯曲角度对于上述固定侧特征图像相对转动的可动侧特征图像。
作为绞接式作业机械的代表,有轮式装载机或者翻斗汽车,但是即使是这些外,也能够应用于车辆前部和车辆后部能够弯曲地连结,且在车辆前部或者车辆后部的任何一方设置驾驶座位,在另一方安装作业单元的作业机械。
在监视作业机械的周围的情况下,车辆后方的监视是必须的,左右两侧部也包含在监视区域内。在车辆前部有驾驶座位的情况下,因为操作员能够获得前方视野,所以不需要一定设置将车辆的前方作为视野的摄像机。但是驾驶座位在车辆后部的情况下,也有可能在前方设有摄像机为好。
作为对于监视器的显示方式,使作业机械的车辆在平面状态下图像化,使位于监视器的画面中央,将后方以及左右两侧的图像、进而根据需要把前方的图像合成在车辆图像的周围后显示。这里,作为车辆图像也可以是实拍车辆自身的图像,但是从容易观察方面来说,优选把车辆符号化后的特征图像。因为车辆前部和车辆后部相互向左右弯曲,所以把任何一方作为固定侧特征图像,把另一方作为对于该固定侧特征图像弯曲的可动侧特征图像。关于把任何一方作为固定侧特征图像,从周围监视的观点决定。一般,希望把设置有驾驶座位的一侧作为固定侧特征图像。特别在驾驶座位位于车辆后部的情况下,希望把车辆后部作为固定侧特征图像,把车辆前部作为可动侧特征图像。另外,在车辆前部有驾驶座位的情况下,原则上希望把车辆前部作为固定侧特征图像,但是例如在绞式接翻斗汽车的情况下,在使车辆后退时,也有时宁可希望把车辆后部作为固定侧特征图像。因此,也可以检测驾驶动作方式,在前进时把车辆前部作为固定侧特征图像,在后退时把车辆后部作为固定侧特征图像。
在监视器上显示的车辆图像中,设置当人或建筑物等人或物的障碍物所处时危险的区域,促使操作员注意,这样对周围监视有利。因此,可以在车体图像的周围合并显示注意范围引导线。在这种情况下,由于车辆前部和车辆后部弯曲,因此也可以使该注意范围引导线根据可动侧特征图像的弯曲角度变化。
由于车辆前部和车辆后部可弯曲,因此即使在其间成为最大弯曲角度时,必须要在监视器上显示的合成俯视图像中不产生缺失部分。因此,设置多个的各摄像机的视野范围设定为使至少相邻的两个摄像机的视野的一部分重合。另外,设定为显示摄像机的视野重合的部位的任何一方的图像、不显示另一方的图像中重合部位的图像。
发明的效果
在车辆的前部和后部之间可弯曲的绞接式作业机械中,从在各处设置的摄像机的图像生成俯视图像,在监视器上显示时,通过对于处于弯曲关系中的车辆前部和车辆后部,把实际的弯曲姿势作为车体图像显示,在该车体图像显示合成以对应于摄像机的位置的方式合成基于各摄像机的俯视图像的合成俯视图像而显示,从而能够在监视器上显示由操作员监视作业机械的周围最合适的监视图像。
附图说明
图1是作为绞接式作业机械的一例的绞接式轮式装载机的正面图。
图2是图1的俯视图。
图3是表示为从摄像机图像向俯视图像变换的原理的说明图。
图4是表示摄像机图像和从该摄像机图像变换的俯视图像的说明图。
图5是表示绞接式轮式装载机的监视器上显示的图像的说明图。
图6是表示使车辆前部和车辆后部弯曲的状态的绞接式轮式装载机的俯视图。
图7是表示在成为图6的弯曲状态的绞接式轮式装载机的监视器上显示的图像的说明图。
图8是表示在成为弯曲状态的绞接式轮式装载机上设定的坐标系的说明图。
图9是表示合成非弯曲状态下的绞接式轮式装载机的各个别俯视图像前的视野范围的说明图。
图10是表示合成弯曲状态下的绞接式轮式装载机的各个别俯视图像前的视野范围的说明图。
图11是表示用于在监视器上显示车辆图像和合成俯视图像的控制装置的结构的框图。
图12是作为绞接式作业机械的另一例的绞接式翻斗汽车的正面图。
图13是图12的俯视图。
图14是表示使车辆前部和车辆后部弯曲的状态的绞接式翻斗汽车的俯视图。
图15是表示在图14的弯曲状态下绞接式翻斗汽车后退时监视器的显示的说明图。
具体实施方式
下面根据附图说明本发明的实施方式。首先,在图1到图3中表示作为绞接式作业机械的一例的绞接式轮式装载机的结构。
在图1以及图2中,1是车辆前部,2是车辆后部,车辆前部1有车轮1a,在该前部上安装作为作业工具的装料铲3,该装料铲3通过连结销5与悬臂4的前端连结,通过铲斗缸6能够以连结销5为中心在上下方向转动。另外,在悬臂4上连结悬臂缸7,当使该悬臂缸7动作时,装料铲3上下运动。车辆后部2具有车轮2a,在该车辆后部2上设置具有驾驶座位和各种操作单元的驾驶室8,在驾驶室8的后部位置设置收纳发动机或者液压泵等机械类的机舱9。
这些车辆前部1和车辆后部2之间通过连结轴10连结,以该连结轴10为中心,车辆前部1和车辆后部2能够在水平方向相对转动。另外,在驾驶室8内设置作为操作单元的转向轮(未图示),通过操作该转向轮,而且与其操作量对应,以连结轴10为中心,车辆前部1和车辆后部2之间弯曲。
在绞接式轮式装载机中,为监视周围,设置多个摄像机。图2中表示多个摄像机的配置布局的一例。在图示的例子中,在车辆前部1的后方的位置,在左右两侧部设置前部左侧摄像机11a和前部右侧摄像机11b。另外,在车辆后部2,设置后方摄像机11c、后部左侧摄像机11d以及后部右侧摄像机11e。这些各个摄像机11a~11e,分别在车体上安装,其视野方向成为斜下方。另外,从通过摄像机11a~11e摄影的摄像机图像,变换为各摄像机11a~11e的像角范围的俯视图像。
亦即如图3所示,当在规定的高度位置配置摄像机11,在使物镜的光轴CA以角度α朝向斜下方的状态下摄影时,可以得到摄像机图像P。从该具有角度θ的摄像机图像P,如在该图中用虚拟线表示的那样,制作以从虚拟视点VF对于摄像机图像P光轴VA垂直的方式进行坐标变换的图像。由此能够把来自具有角度α的斜上方的摄像机图像变换为俯视图像。例如当对图4(a)表示的摄像机图像(进行了变形修正等的图像修正后的图像)进行坐标变换时,能够得到图4(b)所示那样的俯视图像。
这样变换后的俯视图像,与绞接式轮式装载机的车体图像一起显示在驾驶室8内设置的监视器12上。图5表示该监视器12的显示的一种形式。在图中,1C是对车辆前部1的车体图像特征化后的前部的特征图像,2C是对车辆后部2的车体图像特征化后的后部的特征图像,通过它们构成车辆图像VC。另外,11A~11E分别是对用摄像机11a~11e取得的摄像机图像进行坐标变换得到的个别俯视图像,作为合成它们的合成俯视图像,和车辆图像一起显示在监视器12上。进而图中L是在车辆图像VC的周围设定的引导注意范围,该引导注意范围,是当由人或建筑物等构成的人或物的障碍物位于内部时,设定为危险区域的边界部。
另外,在绞接式轮式装载机中,车辆前部1和车辆后部2之间用连结轴10连结(参照图1),如图6所示,车辆前部1和车辆后部2之间能够以连结轴10为中心向左右弯曲。因此,在车辆行驶时或者作业时,当绞接式轮式装载机采取弯曲姿势时,监视器12的车辆图像显示也与此一致,采取图7表示的弯曲状态。
这里,在绞接式轮式装载机中,因为驾驶室8位于车辆后部2侧,所以在监视器12上,把车辆后部2作为在规定位置固定的固定侧特征图像2C显示,把车辆前部1作为对于该固定侧特征图像2C可弯曲的可动侧特征图像1C显示。另外,在个别俯视图像11A~11E中,固定显示基于在车辆后部2内安装的摄像机11c、11d以及11e的个别俯视图像11C~11E,以与弯曲角度对应地变化基于在车辆前部1内安装的摄像机11a、11c的个别俯视图像11A、11B的方式显示。
为此,如图8所示,把以车辆后部2和车辆前部1之间的连结轴10作为中心的坐标系作为∑,另外把车辆前部1以及车辆后部2的坐标系作为∑f、∑g,分别在监视器的画面上设定。这里,因为车辆后部2作为固定侧特征图像2C显示,所以车辆后部2的坐标轴∑g固定。当仅操作驾驶轮角度θ时,车辆前部1和车辆后部2之间的角度变化。也就是说,坐标系∑和坐标系∑f仅旋转绞接角度θ。因此,当在监视器12上显示车辆图像VC时,根据显示这些车辆前部1和车辆后部2时的尺寸和绞接角度θ,生成图7中表示的弯曲状态的车辆图像VC,和合成俯视图像一起显示在监视器12上。
在监视器12上显示由装载摄像机11a~11e的车辆前部1和车辆后部2构成的绞接式轮式装载机时,以使各个别俯视图像11A~11E部分一定重叠的方式,设定摄像机11a~11e的位置和像角。这点无论在图9表示的非弯曲状态、还是图10表示的弯曲状态时的最大弯曲状态都相同。因此,在图9以及图10中,这些各个别俯视图像11A~11E的实际的视野范围成为FA~FE。另外,为制作合成俯视图像,在处理图像信号时,对于个别俯视图像重叠的部位,使任何一个的图像优先,将其他的图像部分地作为非显示状态。
车辆后部2在监视器12上成为固定侧特征图像2C,车辆前部1成为可动侧特征图像1C。因此,在本实施方式中,监视器12上的显示区域,使作为固定侧特征图像2C侧的个别俯视图像11C~11E的各显示区域成为固定的区域、可动侧特征图像1C的个别俯视图像11A、11B的各显示区域以变化的方式设定。因此,当从图9的非弯曲状态向图10的弯曲状态进行转向时,作为合成俯视图像,从图5表示的状态,如图7所示地左侧的个别俯视图像11A的显示区域减少、右侧的个别俯视图像11B的显示区域增大。其结果,不管弯曲如何,绞接式轮式装载机的周围,在监视图像中显示除操作员可观察的前方视野之外的全体视野。
如上所述,为在监视器12上合成车辆图像VC和合成俯视图像而显示,设置图11中表示的电路结构的控制装置20。在该控制装置20中,取入用摄像机11a~11e取得的图像信号,这些摄像机的图像信号,通过图像修正单元21进行变形修正等必要的图像修正。另外,在图像修正单元21上连接图像变换单元22,各摄像机图像信号,通过该图像变换单元22,使光轴成为垂直地被变换为坐标变换后的俯视图像信号。
这样生成个别俯视图像11A~11E,但是这些个别俯视图像11A~11E,通过图像合成单元23,进行信号处理而使其在各个显示区域上显示。绞接式轮式装载机因为车辆前部1和车辆后部2可弯曲,所以根据各摄像机11a~11e的位置和绞接式轮式装载机的姿势状态,分配各个别俯视图像11A~11E的显示区域。因此,在控制单元20内设置摄像机位置计算单元24。另外,通过绞接式轮式装载机的车体信息传递单元25向控制装置20输入关于转向角度θ的信息,向摄像机位置计算单元24取入该信息,另外使能够得到来自转向角度位置存储单元26的非弯曲状态时的关于各摄像机11a~11e的位置的信息,根据这些各摄像机11a~11e的原点位置和车辆前部1和车辆后部2之间的弯曲角度,在监视器12上显示时,决定给各个别俯视图像11A~11E分配的显示区域,由此生成合成俯视图像。
另外,在监视器12上,车辆前部1的前部特征图像1C和车辆后部2的后部特征图像2C的相对位置关系,因为弯曲变化,所以在监视器12上显示车辆图像VC时,把根据来自车体信息传递单元25的关于转向角度的信息得到的车辆前部1和车辆后部2的弯曲角度取入图像生成单元27,生成车辆图像VC。然后把上述合成俯视图像和车辆图像VC输入显示图像生成单元28,根据从该显示图像生成单元28发送的图像信号在监视器12上显示周围监视图像。
如上所述,在绞接式轮式装载机中,在车辆后部2的驾驶室8内操作员进行机械的操作时,特别通过行驶时观察监视器12,能够确认在周围人或障碍物等这样的人或物的障碍物是否存在。因为在车辆图像VC的周围表示合成俯视图像,而且在该合成俯视图像中显示注意范围引导线L,所以通过监视器12的观察能够正确地把握人或物的障碍的方向、或者到人或物的障碍的物距离,能够确保作业的安全和提高作业的效率等。
这里,因为轮式装载机是绞接式机械,车辆前部1和车辆后部2可弯曲地连结,所以在监视器12上的显示也需要反映该弯曲状态。因为操作员位于车辆后部2的驾驶室8内,作业机构在车辆前部1上装备,所以构成车辆前部1以及作业机构的装料斗3能够从驾驶室8的内部观察,所以即使不特别看监视器12,关于车辆的前进以及通过驱动作业机构执行的作业,也能够安全且高效率地进行。
另一方面,在弯曲操作绞接式轮式装载机时,或者在后退时,进而当操作者等向接近车辆的方向移动时,需要进行后方以及侧方的安全确认。此时,因为设置有操作员进行操作的驾驶室8的车辆后部2作为固定侧特征图像2C,所以能够圆滑地进行车辆后退时的后方的安全确认以及弯曲操作时周围的安全确认,操作员能够可靠地把握状况,在观察监视器12方面不会产生不协调的感觉。
下面,作为绞接式作业机械的另外的例子,图12表示绞接式翻斗汽车的正面图,图13表示俯视图。进而图14表示弯曲状态的俯视图。
从这些图中可知,车辆前部30包含驾驶室31,在车辆后部32上设置载物台33。该载物台33通过液压缸34能够向后方倾斜运动。在车辆前部30上设置一组车轮35,在车辆后部32上设置两组车轮36。构成车辆前部30和车辆后部32的车架37之间通过连结轴38连结,可转变成图13表示的非弯曲状态、和图14表示的弯曲状态。
在车辆前部30的通过连结轴38对于车辆后部32的连结部的附近位置处的左右两侧部,安装摄像机39a、39b。另外,对于车辆后部32,在车架37的后部位置、和前后的车轮36、36间的左右两侧位置,分别设置摄像机39c、39d、39e。另外,通过这些各摄像机39a~39e摄影的摄像机图像和上述第一实施方式同样,使成为上方视点那样进行坐标变换,变换为个别俯视图像39A~39E。然后,合成了这些个别俯视图像39A~39E的合成俯视图像,如图15所示,和绞接式翻斗汽车的车体图像一起显示在监视器40上。此外,在图15中,表示绞接式翻斗汽车的弯曲状态。
在监视器40中,关于把相互弯曲的车辆前部30和车辆后部32的哪个作为固定侧特征图像,把哪个作为可动侧特征图像,在把驾驶室31作为基准的情况下,把车辆前部30作为固定侧特征图像,把车辆后部32作为可动侧特征图像。但是因为车辆后部32比车辆前部30长,而且从驾驶室31实质上得不到后方视野,所以在后退时也可以构成为把车辆后部32作为固定侧特征图像在监视器40上显示。在图15中,把车辆后部32作为固定侧特征图像32C、把车辆前部30作为可动侧特征图像30C表示。
在绞接式翻斗汽车后退时,因为不管是弯曲状态还是非弯曲状态,都朝向车辆后部32的后方位置移动,所以通过固定地显示该车辆后部32的后方位置,在后方视野内,能够正确地确认人或障碍物等这样的人或物的障碍物是否存在。但是在绞接式翻斗汽车前进时,希望设置有驾驶室31的车辆前部30作为固定侧特征图像显示。因此在绞接式翻斗汽车前进时和后退时之间,亦即根据驾驶动作方式,也可以改变固定侧特征图像。如图11所示,因为在车辆图像生成单元27以及摄像机位置计算单元24上连接车体信息传递单元25,从该车体信息传递单元25不仅能够取得关于转向角度的信息,而且也能够取得各种信息,所以能够从车体信息传递单元25取得关于车辆是前进还是后退的信息,根据该信号使监视器40的显示方式变化。
符号说明
1、30-车辆前部,2、32-车辆后部,3-装料斗,8-驾驶室,10、38-连结轴,11a~11e、39a~39e-摄像机,12、40-监视器,20-控制装置,21-图像修正单元,22-图像变换单元,23-图像合成单元,24-摄像机位置计算单元,25-车体信息传递单元,27-车辆图像生成单元,28-显示图像生成单元,33-载物台,1C、2C、30C、32C-特征图像,11A~11E、39A~39E-个别俯视图像。
Claims (5)
1.一种作业机械的周围监视装置,其设置在利用连结轴以能够向左右弯曲的方式连结车辆前部和车辆后部的绞接式作业机械中,其特征在于,具有:
在上述车辆前部设置的一个或者多个摄像机;
在上述车辆后部设置的、包含将车辆的后方位置作为视野的摄像机的一个或者多个摄像机;
用于显示上述作业机械的周围监视图像的监视器;
根据以上述连结轴作为中心的上述车辆前部和上述车辆后部之间的弯曲角度,计算上述各摄像机的位置的摄像机位置计算部;
将通过上述各摄像机取得的摄像机图像以成为上方视点的方式进行视点变换而分别做成俯视图像的图像变换单元;
用于生成将通过上述各摄像机拍摄的各个别俯视图像以成为与通过上述摄像机位置计算部算出的各个位置关系的方式合成的合成俯视图像,并在上述监视器上显示该合成俯视图像的图像合成单元;以及
显示图像生成单元,用于使上述合成俯视图像和车辆图像一起显示在上述监视器上,上述车辆图像将上述车辆前部或者上述车辆后部的任何一方作为固定的固定侧特征图像,将另一方作为根据上述弯曲角度对于上述固定侧特征图像相对转动的可动侧特征图像。
2.根据权利要求1所述的作业机械的周围监视装置,其特征在于,
构成为把在上述车辆前部和上述车辆后部中设置有上述驾驶座位的一方作为上述固定侧特征图像显示在上述监视器画面上的结构。
3.根据权利要求1所述的作业机械的周围监视装置,其特征在于,
上述作业机械的上述驾驶座位设置在上述车辆前部,以使在该作业机械前进时,上述固定侧特征图像为上述车辆前部;在上述作业机械后退时,上述固定侧特征图像为车辆后部的方式,根据驾驶动作方式变化显示。
4.根据权利要求1~3中的任何一项所述的作业机械的周围监视装置,其特征在于,
构成为,在上述监视器上,在车辆图像的周围显示注意范围引导线,在上述弯曲角度变化时,使该注意范围引导线变化对应于弯曲角度的角度量。
5.根据权利要求1~3中的任何一项所述的作业机械的周围监视装置,其特征在于,
构成为,在上述车辆前部以及上述车辆后部设置的各摄像机,配置在各个的视野遍及上述弯曲角度的全部范围而至少两个摄像机的视野的一部分重合的位置。
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