JPH089395A - カラー撮像装置 - Google Patents

カラー撮像装置

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JPH089395A
JPH089395A JP6141744A JP14174494A JPH089395A JP H089395 A JPH089395 A JP H089395A JP 6141744 A JP6141744 A JP 6141744A JP 14174494 A JP14174494 A JP 14174494A JP H089395 A JPH089395 A JP H089395A
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Japan
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color
signal
color filter
light transmissive
transmissive property
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JP6141744A
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Jun Iba
潤 伊庭
Akihiko Shiraishi
昭彦 白石
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Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 被写体像を輝度情報と色情報を有する電気信
号に変換するカラー撮像装置において、輝度信号をNT
SC方式の信号に近づけることができ、良好な色再現性
が得られるようにする。 【構成】 被写体像が結像する撮像素子102の受光面
に色フィルタアレイ101を配置し、その色フィルタの
配列を、全画素の分光感度の和がR:G;B=2:3:
1の比となるようにする。また、撮像素子102の出力
の組み合わせから輝度信号あるいはその一部の信号の成
分比が略R:G;B=2:3:1となるように信号処理
系の回路を構成する。そして、撮像素子の出力から輝度
信号Yと色信号R,G,Bを生成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、被写体像を輝度情報と
色情報を有する電気信号に変換するカラー撮像装置、特
に撮像素子の受光面に色フィルタを有したカラー撮像装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図14〜図16は従来より知られている
カラー固体撮像素子の色フィルタの配列構成例を示す図
である。
【0003】図14に示すものは、マゼンタ光透過フィ
ルタMg,緑色光透過フィルタG,シアン光透過フィル
タCy及び黄(イエロー)色光透過フィルタYeが水平
方向に2画素、垂直方向に4画素の全8画素の色フィル
タを1単位とし、図に示す順序で配置されている。図1
5に示すものは、白色光透過フィルタW,緑色光透過フ
ィルタG,シアン光透過フィルタCy及び黄色光透過フ
ィルタYeが水平方向に2画素、垂直方向に2画素の全
4画素の色フィルタを1単位とし、図に示す順序で配置
されている。図16に示すものは、いわゆるベイヤー配
列と呼ばれる色フィルタ配列で、緑色光透過フィルタG
は市松状に配置され、赤色光透過フィルタR及び青色光
透過フィルタBは線順次で緑色光透過フィルタGの間に
配置されているものである。
【0004】これらの色フィルタ配列に対して、通常輝
度信号は水平方向に2画素、垂直方向に2画素の全4画
素を1単位として加算または低域通過フィルタ回路を介
して得られる。すなわち、図14に示す色フィルタ配列
では、輝度信号Yは、 Y=Mg+G+Cy+Ye として得られる。また、図15に示す色フィルタ配列で
は、輝度信号Yは、 Y=W+G+Cy+Ye として得られる。同様に、図16に示す色フィルタ配列
では、輝度信号Yは、 Y=R+2G+B として得られる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の色フィルタ配列を有したカラー撮像装置に
あっては、輝度信号Yは、W=R+G+B,Mg=R+
B,Cy=G+B,Ye=R+Gとすると、図14に示
す色フィルタ配列では、 Y=Mg+G+Cy+Ye=2R+3G+2B→0.2
85R+0.43G+0.285B となり、図15に示す色フィルタ配列では、 Y=W+G+Cy+Ye=2R+4G+2B→0.25
R+0.5G+0.25B となり、また図16に示す色フィルタ配列では、 Y=R+2G+B→0.25R+0.5G+0.25B となり、これらはNTSC方式における輝度信号 Y=0.30R+0.59G+0.11B とは大きく異なった出力信号となり、色再現性が悪くな
るという問題点を有していた。
【0006】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、色再現性の良好なカラー撮像装置を提供す
ることを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のカラー撮像装置
は、被写体像を輝度情報と色情報を有する電気信号に変
換するものにおいて、2次元の格子状に配置され被写体
像が結像する受光素子と、この受光素子に対応して配列
され該受光素子で区画された全画素の分光感度の和がR
(赤),G(緑),B(青)の三原色で略R:G:B=
2:3:1の比となる色フィルタと、前記受光素子の出
力信号の組み合わせから輝度信号あるいはその一部の信
号の成分比が略R:G:B=2:3:1となる信号処理
回路とを備え、前記受光素子の出力信号から輝度信号と
色信号を生成するように構成したものである。
【0008】また、上記色フィルタは、水平方向に2画
素で垂直方向に2画素の全4画素の分光感度の和が略
R:G:B=2:3:1の比となるように配置したもの
である。
【0009】また、上記色フィルタの第1の色フィルタ
が赤色光透過性を有し、第2の色フィルタが緑色光透過
性を有し、第3の色フィルタがシアン色光透過性を有
し、第4の色フィルタがマゼンタ色光透過性を有するよ
うにしたものである。
【0010】また、上記色フィルタの第1と第2の色フ
ィルタが緑色光透過性を有し、第3の色フィルタがイエ
ロー色光透過性を有し、第4の色フィルタがマゼンタ色
光透過性を有するようにしたものである。
【0011】また、上記色フィルタの第1と第2の色フ
ィルタが緑色光透過性を有し第3の色フィルタが赤色光
透過性を有し、第4の色フィルタが白色光透過性を有す
るようにしたものである。
【0012】また、上記色フィルタの第1と第2の色フ
ィルタがイエロー色光透過性を有し、第3の色フィルタ
が緑色光透過性を有し、第4の色フィルタが青色光透過
性を有するようにしたものである。
【0013】
【作用】本発明のカラー撮像装置によれば、輝度信号あ
るいはその一部の信号の比を、 Y=2R+3G+B→0.33R+0.50G+0.1
7B として、NTSC方式の輝度信号に近づけることがで
き、色再現性が良好となる。
【0014】
【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例についてよ
り詳しく説明する。以下に示す各実施例のカラー撮像装
置には、2次元の格子状に配置され被写体像が結像する
受光素子と、この受光素子に対応して配列され該受光素
子で区画された全画素の分光感度の和がR(赤),G
(緑),B(青)の三原色で略R:G:B=2:3:1
の比となる色フィルタと、前記受光素子の出力信号の組
み合わせから輝度信号あるいはその一部の信号の成分比
が略R:G:B=2:3:1となる信号処理系回路とが
備えられ、前記受光素子の出力信号から輝度信号と色信
号を生成するように構成されている。
【0015】図1は本発明の第1実施例によるカラー撮
像装置における色フィルタの配列構成を示す図である。
この色フィルタ配列は、水平方向2画素、垂直方向4画
素が基本8画素であり、赤色光透過フィルタRと緑色光
透過フィルタGが交互に配置されたフィルタ要素行A
と、シアン光透過フィルタCyと黄色光透過フィルタY
eが交互に配置されたフィルタ要素行Bと、フィルタ要
素行Aと位置が反転した緑色光透過フィルタGと赤色光
透過フィルタRが交互に配置されたフィルタ要素行C
と、フィルタ要素行Bと同じ位置にシアン光透過フィル
タCyと黄色光透過フィルタYeが交互に配置されたフ
ィルタ要素行Dからなる。
【0016】次に、インターレース方式の水平方向2ラ
インを同時に読み出すフィールド蓄積型撮像装置におけ
る信号生成の過程を説明する。
【0017】第1フィールドのnH(nは正の整数)走
査時では、図1に示すように、R+Cy,G+Ye,R
+Cy,G+Ye,……の走査信号が得られ、黄色光透
過フィルタYeとシアン光透過フィルタCyをおのおの
R+G,G+Bで表すと、図2の(a)に示すように、
このnH走査信号成分はR+G+B,R+2G,R+G
+B,R+2G,……となり、低域通過フィルタを介し
て(2R+3G+B)に比例する輝度信号が得られ、ま
た帯域通過フィルタを介して(B−G)に比例する色信
号が得られる。
【0018】第1フィールドの(n+1)H走査時は、
図1より、G+Cy,R+Ye,G+Cy,R+Ye,
……の走査信号がそれぞれ得られ、図2の(b)より、
(n+1)H走査信号成分は2G+B,2R+G,2G
+B,2R+G,……となり、低域通過フィルタを介し
て(2R+3G+B)に比例するnH走査時と同様の輝
度信号が得られ、帯域通過フィルタを介して(−2R+
G+B)に比例する色信号が得られる。
【0019】また、第2フィールドのn´H走査時で
は、図1より、G+Cy,R+Ye,G+Cy,R+Y
e,……の走査信号がそれぞれ得られ、黄色光透過フィ
ルタYeとシアン光透過フィルタCyをおのおのR+
G,G+Bで表すと、図2の(c)より、n´H走査信
号成分は2G+B,2R+G,2G+B,2R+G,…
…となり、低域通過フィルタを介して(2R+3G+
B)に比例する輝度信号が得られ、帯域通過フィルタを
介して(−2R+G+B)に比例する色信号が得られ
る。
【0020】第2フィールドの(n+1)´H走査時
は、図1より、R+Cy,G+Ye,R+Cy,G+Y
e,……の走査信号が得られ、図2の(d)より、この
(n+1)´H走査信号成分はR+G+B,R+2G,
R+G+B,R+2G,……となり、低域通過フィルタ
を介して(2R+3G+B)に比例する輝度信号が得ら
れ、帯域通過フィルタを介して(B−G)に比例する色
信号が得られる。
【0021】このように、図1に示す色フィルタ配列を
使用すれば、第1フィールドでも第2フィールドでも同
一の走査信号を得ることができる。また、各走査信号の
すべてから(2R+3G+B)に比例する輝度信号が得
られるとともに、隣り合う走査信号から交互に(B−
G)に比例する色信号と(−2R+G+B)に比例する
色信号とが得られるので、マトリクス処理を行うことに
より、R,G,Bに色分離することができる。
【0022】図3は図1の色フィルタ配列を持つ撮像素
子を使用したカラー撮像装置の信号処理系の構成を示す
ブロック図である。同図中、101は図1の色フィルタ
配列を有した色フィルタアレイ、102はこの色フィル
タアレイ101を配置した前述の受光素子を有する撮像
素子(センサ)、103は撮像素子102の出力を増幅
する自動利得制御(AGC)用の増幅器、104は輝度
信号生成用の低域通過フィルタ(LPF)、105は輝
度信号用のガンマ補正回路(γ)、110は色差信号生
成用の帯域制限フィルタ(BPF)、111は1水平期
間(H)の遅延回路(1HDL)、112はR,G,B
の原色分離用の色分離マトリクス回路、113〜115
はホワイトバランス用の増幅器(WB)、116〜11
8は色信号用のガンマ補正回路(γ)、119は色差信
号生成用の色差マトリクス回路である。
【0023】被写体からの撮像光は、不図示の結像光学
系により図1の色フィルタの配列の色フィルタアレイ1
01を配置した撮像素子(センサ)102に入射する。
この撮像素子102から出力された走査信号は、自動利
得制御(AGC)用の増幅器103に供給される。そし
て、低域通過フィルタ(LPF)104を通過した信号
はガンマ補正回路(γ)105を介して、輝度信号Yと
して出力される。
【0024】また、帯域制限フィルタ(BPF)110
を通過した信号は、遅延回路(1HDL)111を経て
1水平期間遅延された信号と遅延しない信号に分かれ、
色分離マトリクス回路112はそれぞれの信号より3原
色信号R,G,Bを生成する。このマトリクス処理に
は、
【0025】
【数1】
【0026】という形のマトリクスが使用される。
【0027】上記の3原色信号は、それぞれホワイトバ
ランス用の増幅器(WB)113〜115及びガンマ補
正回路(γ)116〜118を介して色差マトリクス回
路119に供給され、
【0028】
【数2】
【0029】というマトリクスにより色差信号R−Y,
B−Yが生成される。そして、不図示のNTSCエンコ
ーダを使用することにより、輝度信号Y及び色差信号R
−Y,B−YよりNTSC方式のカラー映像信号を生成
することができる。
【0030】また、図1の色フィルタ配列は1ラインご
とに全ライン読み出すノンインターレース方式の撮像装
置にも同様に適用することができる。この場合の信号処
理系は図3とほぼ同様の構成で実現できるが、R,G,
Bの色分離マトリクス回路112におけるマトリクス処
理には、
【0031】
【数3】
【0032】という形のマトリクスが使用される。
【0033】さらに、図1の色フィルタ配列を持つ撮像
素子102を使用したカラー撮像装置の信号処理系は、
図4に示す構成でも良い。ここで、図3と同じ構成要素
は同一番号を付して説明を省略するが、同図中120は
輝度信号及び色差信号生成用のマトリクス回路、130
は加算器である。
【0034】図4の信号処理系では、輝度信号Yは高域
成分YH 及び低域成分YL で形成される。そして、低域
通過フィルタ(LPF)104を通った出力信号はガン
マ補正回路(γ)105を通して高域輝度信号YH とし
て出力され、またガンマ補正のなされたR,G,Bの3
原色信号から、マトリクス回路120より、
【0035】
【数4】
【0036】というマトリクス演算の結果として低域輝
度信号YL が出力され、この高域輝度信号YH と低域輝
度信号YL を加算器130で加算することによって輝度
信号Yが生成、出力される。
【0037】ここで、図3,図4に示す信号処理回路
は、前述のように全画素の分光感度の和がR:G:B=
2:3:1の比となる色フィルタアレイ201に対し
て、輝度信号あるいはその一部の信号の成分比が略R:
G:B=2:3:1となるように処理するのでY=2R
+3G+B→0.33R+0.50G+0.17Bとし
て、NTSC方式の輝度信号に近づけることができ、色
再現性が良好なものとなる。
【0038】また本発明の第2実施例として、各フィル
タR,G,Cy,Yeを組み合わせた図1の色フィルタ
配列の他に、4画素1組の色フィルタ配列を基本とした
図5に示す構成でも、式3の係数を変更する程度で、図
3及び図4と同様の処理系で処理することができる。
【0039】また第3実施例として、垂直方向2画素ご
とに水平方向のそれぞれの色の位置が反転した8画素1
組の図6に示す色フィルタ配列でも、式3の係数を変更
する程度で、同様に図3及び図4の同様の処理系で処理
することができる。
【0040】なお、色フィルタの組み合わせでR,G,
Cy,Yeを用いると、感度の点で問題のある青色透過
光フィルタBを用いていないため、感度が良く、また、
一部に純色フィルタを用いているので、色S/Nが良い
ものとなる。
【0041】図7は本発明の第4実施例における色フィ
ルタの配列構成を示す図である。この色フィルタ配列
は、黄色光透過フィルタYeが市松状に配置され、緑色
光透過フィルタG及びマゼンタ透過フィルタMgが線順
次でそれぞれフィルタYeの間に配置されているもので
ある。
【0042】図8は図7の色フィルタ配列を持つ撮像素
子を使用したカラー撮像装置の信号処理系の構成を示す
ブロック図である。同図中、201は図7の色フィルタ
配列を有した色フィルタアレイ、202はこの色フィル
タアレイ201を配置した撮像素子(センサ)、203
は自動利得制御(AGC)用の増幅器、204は輝度信
号生成用の低域通過フィルタ(LPF)、205は輝度
信号用のガンマ補正回路(γ)、210は信号の同時化
を行う補間フィルタ、212は原色分離用の色分離マト
リクス回路、213〜215はホワイトバランス用の増
幅器(WB)、216〜218は色信号用のガンマ補正
回路(γ)、219は色差信号生成用の色差マトリクス
回路である。
【0043】図3,図4の回路と同様、被写体からの撮
像光は、不図示の結像光学系により図7の色フィルタ配
列の色フィルタアレイ201を配置した撮像素子(セン
サ)202に入射する。この撮像素子202から出力さ
れた走査信号は、自動利得制御(AGC)用の増幅器2
03に供給される。そして低域通過フィルタ(LPF)
204を通過した信号はガンマ補正回路(γ)205を
介して輝度信号Yとして出力される。
【0044】この輝度信号Yは、4画素の加算信号、 Y=Ye+G+G+Mg=(R+G)+G+G+(R+B)=2R+3G+B (式5) で得られる。
【0045】また、補間フィルタ210を通過し同時化
された信号は、R,G,Bの色分離マトリクス回路21
2に入力され、ここで3原色信号R,G,Bが生成され
る。この時の色分離マトリクスの係数は、例えば、
【0046】
【数5】
【0047】という係数が使用される。ここで、a,b
はそれぞれ任意の定数である。
【0048】上記の3原色信号は、各々のホワイトバラ
ンス用の増幅器(WB)213〜215及びガンマ補正
回路(γ)216〜218を通して色差マトリクス回路
219に供給され、ここで式2のマトリクス演算により
色差信号R−Y,B−Yが生成される。そして、不図示
のNTSCエンコーダを使用することにより、輝度信号
Y及び色差信号R−Y,B−YからNTSC方式のカラ
ー映像信号を生成することができる。
【0049】また、図7の色フィルタ配列を持つ撮像素
子を使用したカラー撮像装置の信号処理系は、図8の他
に図9に示す構成でも良い。ここで、図8と同じ構成要
素は同一番号を付して説明を省略するが、同図中、22
0は輝度信号及び色差信号生成用のマトリクス回路、2
30は加算器である。
【0050】図9の信号処理系では、輝度信号Yは高域
成分YH 及び低域成分YL で形成される。そして、低域
通過フィルタ(LPF)204を通った出力信号はガン
マ補正回路(γ)205を通して高域輝度信号YH とし
て出力され、またガンマ補正のなされたR,G,Bの3
原色信号から、マトリクス回路220より、式4のマト
リクス演算の結果として低域輝度信号YL が出力され、
この高域輝度信号YHと低域輝度信号YL を加算器23
0で加算することによって輝度信号Yが生成、出力され
る。
【0051】この図8,図9に示す信号処理回路におい
ても、図3,図4の回路と同様、輝度信号成分比をNT
SC方式の輝度信号Y=0.30R+0.59G+0.
11Bに近づけることができ、色再現性が良好なものと
なる。
【0052】また本発明の第5実施例として、各フィル
タYe,Mg,Gを組み合わせた図7の色フィルタ配列
の他に、フィルタGを図10に示すようにストライプ状
に配列しても良く、また第6実施例として、図11に示
す色フィルタ配列としても、図8及び図9の信号処理系
とほぼ同一の処理系で処理することができる。
【0053】さらに、図12及び図13に示す第7実施
例及び第8実施例の色フィルタの配列構成としても、上
述の各実施例と同様の作用効果が得られる。図12は市
松状のフィルタW,VRの間にフィルタGを配置した
例、図13は市松状のフィルタG,Bの間にフィルタY
eを配置した例をそれぞれ示している。
【0054】なお、上述の各実施例では、4色フィルタ
の構成としてフィルタR,G,Cy,Yeの組み合わ
せ、また3色フィルタの構成としてフィルタG,Mg,
Ye(Gの画素数が倍)、W,R,G(Gの画素数が
倍)、Ye,G,B(Yeの画素数が倍)の組み合わせ
を示したが、4画素の和の比がほぼ、R:G:B=2:
3:1となるような色フィルタの組み合わせであれば他
の色あるいは配列の組み合わせでも良いことはいうまで
もない。
【0055】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
全画素の分光感度の和が略R:G:B=2:3:1の比
となる色フィルタと、輝度信号の成分比が略R:G:B
=2:3:1となる信号処理回路を備えたため、輝度信
号をNTSC方式の信号に近づけることができ、色再現
性が良好なものになるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1実施例における色フィルタの配列構成を
示す説明図
【図2】 インターレース方式のフィールド蓄積型撮像
装置における信号生成の過程を示す説明図
【図3】 第1実施例の信号処理系の構成を示すブロッ
ク図
【図4】 第1実施例の信号処理系の他の構成を示すブ
ロック図
【図5】 第2実施例における色フィルタの配列構成を
示す説明図
【図6】 第3実施例における色フィルタの配列構成を
示す説明図
【図7】 第4実施例における色フィルタの配列構成を
示す説明図
【図8】 第4実施例の信号処理系の構成を示すブロッ
ク図
【図9】 第4実施例の信号処理系の他の構成を示すブ
ロック図
【図10】 第5実施例における色フィルタの配列構成
を示す説明図
【図11】 第6実施例における色フィルタの配列構成
を示す説明図
【図12】 第7実施例における色フィルタの配列構成
を示す説明図
【図13】 第8実施例における色フィルタの配列構成
を示す説明図
【図14】 従来のカラー撮像素子の色フィルタの配列
構成例を示す説明図
【図15】 従来のカラー撮像素子の色フィルタの配列
構成例を示す説明図
【図16】 従来のカラー撮像素子の色フィルタの配列
構成例を示す説明図
【符号の説明】
101 色フィルタアレイ 102 撮像素子(受光素子) 201 色フィルタアレイ 202 撮像素子(受光素子)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被写体像を輝度情報と色情報を有する電
    気信号に変換するカラー撮像装置において、2次元の格
    子状に配置され被写体像が結像する受光素子と、この受
    光素子に対応して配列され該受光素子で区画された全画
    素の分光感度の和がR(赤),G(緑),B(青)の三
    原色で略R:G:B=2:3:1の比となる色フィルタ
    と、前記受光素子の出力信号の組み合わせから輝度信号
    あるいはその一部の信号の成分比が略R:G:B=2:
    3:1となる信号処理回路とを備え、前記受光素子の出
    力信号から輝度信号と色信号を生成することを特徴とす
    るカラー撮像装置。
  2. 【請求項2】 色フィルタは、水平方向に2画素で垂直
    方向に2画素の全4画素の分光感度の和が略R:G:B
    =2:3:1の比となるように配置したことを特徴とす
    る請求項1記載のカラー撮像装置。
  3. 【請求項3】 前記色フィルタの第1の色フィルタが赤
    色光透過性を有し、第2の色フィルタが緑色光透過性を
    有し、第3の色フィルタがシアン色光透過性を有し、第
    4の色フィルタがマゼンタ色光透過性を有することを特
    徴とする請求項2記載のカラー撮像装置。
  4. 【請求項4】 前記色フィルタの第1と第2の色フィル
    タが緑色光透過性を有し、第3の色フィルタがイエロー
    色光透過性を有し、第4の色フィルタがマゼンタ色光透
    過性を有することを特徴とする請求項2記載のカラー撮
    像装置。
  5. 【請求項5】 前記色フィルタの第1と第2の色フィル
    タが緑色光透過性を有し第3の色フィルタが赤色光透過
    性を有し、第4の色フィルタが白色光透過性を有するこ
    とを特徴とする請求項2記載のカラー撮像装置。
  6. 【請求項6】 前記色フィルタの第1と第2の色フィル
    タがイエロー色光透過性を有し、第3の色フィルタが緑
    色光透過性を有し、第4の色フィルタが青色光透過性を
    有することを特徴とする請求項2記載のカラー撮像装
    置。
JP6141744A 1994-06-23 1994-06-23 カラー撮像装置 Withdrawn JPH089395A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8514319B2 (en) 2010-08-24 2013-08-20 Panasonic Corporation Solid-state image pickup element and image pickup apparatus
US10952598B2 (en) 2015-11-25 2021-03-23 Olympus Corporation Endoscope system and image acquisition method with red signal generator

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US8514319B2 (en) 2010-08-24 2013-08-20 Panasonic Corporation Solid-state image pickup element and image pickup apparatus
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