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 主题:A7R3相关技术问题(阿三之正典)  [ 主题管理员: rivershaw ]
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rivershaw
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阿三就是R3,A7R3。正典当然是玩笑,只不过想实实在在地写点役使阿三的心得体会。

还是那句老话,不吹、不黑,喜欢的看看,不喜欢的请绕道。




本帖最后由 rivershaw 于 2018-3-27 11:14 编辑
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2018-02-28 09:31
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rivershaw 发表于 2018-12-18 14:11



有人认为光电二极管上的光电转换是直接的光子转换成自由电子,然后被转换出来的电子沿着电路像水流一样流动到后边电路计数读出来,其实是错了,这完全不是光电二极管的正确工作原理。电子-空穴对不会扩散到PN结外部,光线只能影响PN结上电子-空穴对的多少。

外部电路的信号传递的是电场,也就是电压,光速传播的。FC电容上电压变化是非常快的,因为容值和电路阻值都是非常非常小,与CMOS的时钟周期比,完全就可以认为电瞬间完成。

所以,全域快门就看控制TX信号的时钟频率了,如果要做到1/8000秒速度,要在0.000125秒内完成一个通断切换,而且只能有一个脉冲,不能多。

这种电路还有个大问题就是电路里的元器件多,还必须要做到一个像素空间内部,这必然会影响到光电二极管的尺寸,动态范围会有影响。等全局快门传感器开始装备到像机上,又会引起一番口水战,与传统卷帘快门比画质宽容度。
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2018-12-19 06:19
rivershaw
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iZaZaD 发表于 2018-12-18 12:39
确实应该是电容,但是能不能造成不受光照影响就不知道了。 理论上可以把这个电容在电子电路层用金属铜层来做。

按我自己的理解,画了几张图,描绘一下4T结构像素的光电转换过程:
1、



2、



3、



4、



5、



6、




动图:



关键是步骤4~5 TX切换的速度能不能保证,在强光高速快门速度是是否能有足够快的切换时间。


2018-12-18 14:11
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rivershaw 发表于 2018-12-18 09:40
右边那个,应该看成一个电容,应该不会感光,所以我猜电荷转移相当于给电容充电,会很慢,
确实应该是电容,但是能不能造成不受光照影响就不知道了。 理论上可以把这个电容在电子电路层用金属铜层来做。

按我自己的理解,画了几张图,描绘一下4T结构像素的光电转换过程:
1、



2、



3、



4、



5、



6、




动图:



关键是步骤4~5 TX切换的速度能不能保证,在强光高速快门速度是是否能有足够快的切换时间。

全局快门就是用一个信号控制传感器上所有像素的TX信号,同时打开同时关闭,这个信号就是电子快门,要求这个信号切换足够快足够准确。 本帖最后由 iZaZaD 于 2018-12-18 12:45 编辑
2018-12-18 12:39
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iZaZaD 发表于 2018-12-18 09:31
从上边的这个3T结构上看,确实是不能主动关闭PN结的曝光,只要有光照,PN结上就一直产生电子-空穴对直到PN结上的反向电压耗尽,所以这种结构实现不了全局快门。


但是4T结构就可以。 可以通过控制TX的通断来实现快门的通断,第一步让RST和TX同时导通,这样两个PN结都被充电产生反向电压,然后关闭TX,从关闭TX开始左边这个大的PN结就进入自由状态,由光照多少决定产生多少自由电子-空穴对,如果控制TX在这个PN结上电压完全耗尽之前再次打开同时关闭RST,这时两个PN结上的电压就会中和,也就是右边的PN结上会减少一部分,然后去测量减少的这部分就可以了。只要做成让右边这个PN结与光照无关就好了。
右边那个,应该看成一个电容,应该不会感光,所以我猜电荷转移相当于给电容充电,会很慢,
2018-12-18 09:40
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iZaZaD 发表于 2018-12-18 08:50
这里有个简单科普博文https://blog.csdn.net/shiyimin1/article/details/81607693

复制一小段:


上图展示了基于PN结的Active Pixel结构,也成为3T像素结构(每个像素包含3个三极管)。在这种结构中,每个像素包含一个PN结作为感光元件,一个复位三极管RST,一个行选择器RS,以及一个信号放大器SF。其工作方式和Passive Pixel类似:

    复位。给PN结加载反向电压,或者说激活RST给PN结进行复位。复位完成后,不再导通RST。
    曝光。和在Passive Pixel中一样,光子打到PN结及硅基,被吸收后产生电子-空穴对。这些电子空穴对通过电场移动后,减小PN结上的反向电压。
    读出。在曝光完成后,RS会被激活,PN结中的信号经过运放SF放大后,读出到column bus。
    循环。读出信号后,重新复位,曝光,读出,不断的输出图像信号。







发现示意图右边的结构基本一致。但他们的功能有明显差异,对于PPD,右边部分电路只是信号读出电路。读出电路与光电转换结构通过TX完全隔开,这样可以将光感区的设计和读出电路完全隔离开,有利于各种信号处理电路的引入(如CDS,DDS等)。另外,PPD感光区的设计采用的是p-n-p结构,减小了暗电流。PPD像 ...

从上边的这个3T结构上看,确实是不能主动关闭PN结的曝光,只要有光照,PN结上就一直产生电子-空穴对直到PN结上的反向电压耗尽,所以这种结构实现不了全局快门。


但是4T结构就可以。 可以通过控制TX的通断来实现快门的通断,第一步让RST和TX同时导通,这样两个PN结都被充电产生反向电压,然后关闭TX,从关闭TX开始左边这个大的PN结就进入自由状态,由光照多少决定产生多少自由电子-空穴对,如果控制TX在这个PN结上电压完全耗尽之前再次打开同时关闭RST,这时两个PN结上的电压就会中和,也就是右边的PN结上会减少一部分,然后去测量减少的这部分就可以了。只要做成让右边这个PN结与光照无关就好了。
2018-12-18 09:31
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windecay 发表于 2018-12-18 09:24
adc是竖直读取的额。
ADC按行、按列读取关系不大。一般来说,按行读取的多,因为行数比列数少,可以少用ADC。
2018-12-18 09:29
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rivershaw 发表于 2018-12-17 15:15


画了一个卷帘式的电子快门与闪光同步的关系示意图。

假定CMOS有10行像素,当第1行像素曝光完毕,开始ADC读取数据的时候,第...
adc是竖直读取的额。
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2018-12-18 09:24
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iZaZaD 发表于 2018-12-18 08:50
这里有个简单科普博文https://blog.csdn.net/shiyimin1/article/details/81607693

复制一小段:


上图展示了基于PN结的Active Pixel结构,也成为3T像素结构(每个像素包含3个三极管)。在这种结构中,每个像素包含一个PN结作为感光元件,一个复位三极管RST,一个行选择器RS,以及一个信号放大器SF。其工作方式和Passive Pixel类似:

    复位。给PN结加载反向电压,或者说激活RST给PN结进行复位。复位完成后,不再导通RST。
    曝光。和在Passive Pixel中一样,光子打到PN结及硅基,被吸收后产生电子-空穴对。这些电子空穴对通过电场移动后,减小PN结上的反向电压。
    读出。在曝光完成后,RS会被激活,PN结中的信号经过运放SF放大后,读出到column bus。
    循环。读出信号后,重新复位,曝光,读出,不断的输出图像信号。







发现示意图右边的结构基本一致。但他们的功能有明显差异,对于PPD,右边部分电路只是信号读出电路。读出电路与光电转换结构通过TX完全隔开,这样可以将光感区的设计和读出电路完全隔离开,有利于各种信号处理电路的引入(如CDS,DDS等)。另外,PPD感光区的设计采用的是p-n-p结构,减小了暗电流。PPD像 ...

我猜电荷转移很慢,可以合并到读取时间里,无法实现全部像素的立刻停止曝光。
2018-12-18 09:15
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rivershaw 发表于 2018-12-18 06:58
不懂CMOS原理,不靠机械后帘,好像无法关闭CMOS的曝光,这是目前最大的问题。

好像工业上有控制照明的方法,就是关灯,停止CMOS曝光,
这里有个简单科普博文https://blog.csdn.net/shiyimin1/article/details/81607693

复制一小段:


上图展示了基于PN结的Active Pixel结构,也成为3T像素结构(每个像素包含3个三极管)。在这种结构中,每个像素包含一个PN结作为感光元件,一个复位三极管RST,一个行选择器RS,以及一个信号放大器SF。其工作方式和Passive Pixel类似:

    复位。给PN结加载反向电压,或者说激活RST给PN结进行复位。复位完成后,不再导通RST。
    曝光。和在Passive Pixel中一样,光子打到PN结及硅基,被吸收后产生电子-空穴对。这些电子空穴对通过电场移动后,减小PN结上的反向电压。
    读出。在曝光完成后,RS会被激活,PN结中的信号经过运放SF放大后,读出到column bus。
    循环。读出信号后,重新复位,曝光,读出,不断的输出图像信号。







发现示意图右边的结构基本一致。但他们的功能有明显差异,对于PPD,右边部分电路只是信号读出电路。读出电路与光电转换结构通过TX完全隔开,这样可以将光感区的设计和读出电路完全隔离开,有利于各种信号处理电路的引入(如CDS,DDS等)。另外,PPD感光区的设计采用的是p-n-p结构,减小了暗电流。PPD像素的工作方式如下:


PPD像素的工作方式如下:
1. 曝光。光照射产生的电子-空穴对会因PPD电场的存在而分开,电子移向n区,空穴移向p区。
2. 复位。在曝光结束时,激活RST,将读出区(n+区)复位到高电平。
3. 复位电平读出。复位完成后,读出复位电平,其中包含运放的offset噪声,1/f噪声以及复位引入的kTC噪声,将读出的信号存储在第一个电容中。
4. 电荷转移。激活TX,将电荷从感光区完全转移到n+区用于读出,这里的机制类似于CCD中的电荷转移。
5. 信号电平读出。接下来,将n+区的电压信号读出到第二个电容。这里的信号包括:光电转换产生的信号,运放产生的offset,1/f噪声以及复位引入的kTC噪声
6. 信号输出。将存储在两个电容中的信号相减(如采用CDS,即可消除Pixel中的主要噪声),得到的信号在经过模拟放大,然后经过ADC采样,即可进行数字化信号输出。
2018-12-18 08:50
rivershaw
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iZaZaD 发表于 2018-12-18 06:45
能不能让这十行同时启动曝光同时关闭曝光,然后逐行开始ADC转换?
不懂CMOS原理,不靠机械后帘,好像无法关闭CMOS的曝光,这是目前最大的问题。

好像工业上有控制照明的方法,就是关灯,停止CMOS曝光,
2018-12-18 06:58
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rivershaw 发表于 2018-12-17 15:15


画了一个卷帘式的电子快门与闪光同步的关系示意图。

假定CMOS有10行像素,当第1行像素曝光完毕,开始ADC读取数据的时候,第...
能不能让这十行同时启动曝光同时关闭曝光,然后逐行开始ADC转换?
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2018-12-18 06:45
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错误更正!

483楼的说法错了,原文如下:

rivershaw 发表于 2018-12-16 09:04
降低快门速度,能不能消除电子快门下的条纹呢?

能,但是不容易!

拿阿三来说,1/13、77ms,要保证曝光时间内,出现一个功率的最大值,就是分组内的几行像素曝光时间要大于10ms,就是要比1/13低7.7倍,曝光时间要大于0.6秒,就是快门速度要比0.6秒长。保险起见,曝光1秒,肯定没有50Hz的频闪条纹
应该更正为:

降低快门速度,能不能消除电子快门下的条纹呢?

能,但是不容易!

拿阿三来说,电子快门的读取速度,1/13、77ms,假定使用1/30快门速度,就是33ms,由于分组内的几行像素曝光起始位置不同,在这33ms曝光内,可能有3个功率最大值,也可能有4个功率最大值,亮度不同,就会出现条纹。

如果允许条纹的亮度差在10%以内,功率最大值应该至少要有10个,曝光时间就是100ms,1/10秒。如果允许条纹的亮度差在1%以内,功率最大值应该出现100个以上,曝光时间就是1秒。

这样才能消除电子快门下的频闪条纹。

本帖最后由 rivershaw 于 2018-12-17 18:54 编辑
2018-12-17 18:53
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画了一个卷帘式的电子快门与闪光同步的关系示意图。

假定CMOS有10行像素,当第1行像素曝光完毕,开始ADC读取数据的时候,第2到第10行像素还在曝光。

全部10行ADC读取时间之和,决定了电子快门的工作时间,或者叫刷新时间。对阿三来说,就是1/13秒。

闪光灯开启闪光,要保证每行像素都能接收到闪光,曝光时间要大于全部10行ADC读取时间之和,就是至少1/13秒。

所以1/13秒就是阿三电子快门的闪光同步速度。
2018-12-17 15:15
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rivershaw 发表于 2018-12-16 18:19
仔细看了Jim Kasson的测试,很有道理。

他把示波器设置成每格1ms的扫描频率,机械快门时,闪光同步速度(就是前帘开启到后帘关闭...
下一代应该是全局快门了,A9为了实现高速花的太价有点儿高了。
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2018-12-17 08:28
rivershaw
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臭哈苏 发表于 2018-12-17 08:08
今天早晨发现这个帖子。楼主知识扎实,做事认真细致,也充满幽默。赞一个!
大名久仰,
2018-12-17 08:22
臭哈苏
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rivershaw 发表于 2018-12-17 08:02
如果问一个小学生,他会告诉你有加、减、乘、除四种运算,叫四则运算。读完理工科的大学,可能就会明白,只有一种基本的加法运算,减法是加法的符号运算,乘法、除法是加法、减法的快速运算。

2和10,小学生会说是两个数,一个是二,一个是十。准备考大学的孩子会关注这两个数的关系,10是2的5倍,10=2×5,2是10的1/5,2=10/5。而理工科的大学生可能会说,2和10是一回事,2就等于10。

文科也一样,有些幼儿园就认识的字,可能要读完博士后才懂得是什么意思,比如“光”。有的字可能要老了以后才能明白,比如“人”。也可能到死也不明白,比如“大光比”。

理工男喜欢说“对”、“错”,泾渭分明。文科女喜欢说“不错”,不是错,也不一定是对。
今天早晨发现这个帖子。楼主知识扎实,做事认真细致,也充满幽默。赞一个!
2018-12-17 08:08
rivershaw
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如果问一个小学生,他会告诉你有加、减、乘、除四种运算,叫四则运算。读完理工科的大学,可能就会明白,只有一种基本的加法运算,减法是加法的符号运算,乘法、除法是加法、减法的快速运算。

2和10,小学生会说是两个数,一个是二,一个是十。准备考大学的孩子会关注这两个数的关系,10是2的5倍,10=2×5,2是10的1/5,2=10/5。而理工科的大学生可能会说,2和10是一回事,2就等于10。

文科也一样,有些幼儿园就认识的字,可能要读完博士后才懂得是什么意思,比如“光”。有的字可能要老了以后才能明白,比如“人”。也可能到死也不明白,比如“大光比”。

理工男喜欢说“对”、“错”,泾渭分明。文科女喜欢说“不错”,不是错,也不一定是对。
2018-12-17 08:02
rivershaw
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按照A9的1/160秒,提升20倍读取速度,倒推A7II,电子快门是1/8秒,也基本合理。
2018-12-16 18:25
rivershaw
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仔细看了Jim Kasson的测试,很有道理。

他把示波器设置成每格1ms的扫描频率,机械快门时,闪光同步速度(就是前帘开启到后帘关闭的时间),大约为3.6格,就是3.6ms,对应快门速度是1/278,基本接近1/250的闪光同步速度。




使用电子快门时,卷帘工作时间,或者说电子快门的工作时间(读取时间),大约6.4格,就是6.4ms,对应快门速度为,1/156,与Jim Kasson按行整数估算的1/160,差别不大。




看来A9的电子快门速度,1/160,非常不错,果冻应该不是大问题,可以接受。

sony完全应该开放电子快门下的闪光灯功能。
2018-12-16 18:19
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zyx3849233 发表于 2018-12-16 17:30

可惜这个你所谓的半成品已经吊打同行了
还有阉割了log,各种短斤缺两就是不开心。连拍机不给连拍分组
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2018-12-16 17:34
zyx3849233
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windecay 发表于 2018-12-16 17:27
租台玩玩自己测,不过a9始终半成品,我用a9觉得没有连拍分组,没有触摸板,没有无损压缩下的14bit,没有防闪烁开关,低通还有点厚,感觉用旗舰机却像个孙子。 估量着以后把R2升成3或者4。
可惜这个你所谓的半成品已经吊打同行了
2018-12-16 17:30
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rivershaw 发表于 2018-12-16 17:22


是啊,阿三的12bit连拍,果冻效果改善不小,我自己也测过,但是A9到底怎么样,还是想找确实的证据,
租台玩玩自己测,不过a9始终半成品,我用a9觉得没有连拍分组,没有触摸板,没有无损压缩下的14bit,没有防闪烁开关,低通还有点厚,感觉用旗舰机却像个孙子。 估量着以后把R2升成3或者4。
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windecay 发表于 2018-12-16 17:09
已经宣传过果冻效果和读取速度了,看看官方介绍就有。 只是没有给出明确数字,1/60刷新的果冻效果很明显的,不会有a9的效果。 RX10和100那块一寸堆栈底是1/100。  测试a7R3电子快门连拍鸡血模式时也有1/30刷新速度,但画质下降,这是在R2上没有的模式。
是啊,阿三的12bit连拍,果冻效果改善不小,我自己也测过,但是A9到底怎么样,还是想找确实的证据,
2018-12-16 17:22
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rivershaw 发表于 2018-12-16 17:04


我暂时还想不透他这个测试的原理,因为示波器是有余晖的。

我估猜,A9的电子快门读取时间,比1/20快,不会超过1/60。

...
已经宣传过果冻效果和读取速度了,看看官方介绍就有。 只是没有给出明确数字,1/60刷新的果冻效果很明显的,不会有a9的效果。 RX10和100那块一寸堆栈底是1/100。  测试a7R3电子快门连拍鸡血模式时也有1/30刷新速度,但画质下降,这是在R2上没有的模式。
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windecay 发表于 2018-12-16 16:59
兄台,你可能对快门和刷新率(同步速度)的相关性存在误解。先理一下?举个例子,R3电子快门用1/8000快门拍摄,但是刷新率依然是1/13。
对啊,你说的刷新率,就是我说的读取时间,或者说电子快门的工作时间。
2018-12-16 17:05
rivershaw
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dafadizi 发表于 2018-12-16 16:52
索尼的宣传也不能全信,肯定没那么快,1/150 1/160秒的速度比较靠谱。示波器测量结果很明显,电子快门还是比机械快门慢(那第一张波形图是机械快门拍的,第二张是电子),不可能超越机械快门,机械快门一般是1/200至1/300。a9的机械快门大概是1/300,属于机械快门里比较快的。a9的电子快门几乎能追上a7系列里面速度较慢的机械快门(1/200),这已经算是相当不错的成就了。

Jim Kasson:
That speed puts the a9 silent shutter a little slower than the slowest of the a7x mechanical shutters. That’s quite an accomplishment.
我暂时还想不透他这个测试的原理,因为示波器是有余晖的。

我估猜,A9的电子快门读取时间,比1/20快,不会超过1/60。

如果能到1/160,如此热点,厂商应该给出数据、极力宣传才对。

事实上也我也始终没见到可信的果冻效果的对比图片。
2018-12-16 17:04
windecay
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rivershaw 发表于 2018-12-16 15:19


大师的博客看不了,别光看结论,能简单说说这个测试方法的原理吗?

比如示波器的型号,扫描方式、余晖时间是多少?
...
兄台,你可能对快门和刷新率(同步速度)的相关性存在误解。先理一下?举个例子,R3电子快门用1/8000快门拍摄,但是刷新率依然是1/13。
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2018-12-16 16:59
dafadizi
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rivershaw 发表于 2018-12-16 15:47
Jim Kasson是我喜欢的大师,但他说的矛盾的地方,也不能全信。

1/14提高20倍是1/280,1/13提高20倍是1/260,更不要说1/30的20倍是1/600了。

索尼的宣传也不能全信,肯定没那么快,1/150 1/160秒的速度比较靠谱。示波器测量结果很明显,电子快门还是比机械快门慢(那第一张波形图是机械快门拍的,第二张是电子),不可能超越机械快门,机械快门一般是1/200至1/300。a9的机械快门大概是1/300,属于机械快门里比较快的。a9的电子快门几乎能追上a7系列里面速度较慢的机械快门(1/200),这已经算是相当不错的成就了。

Jim Kasson:
That speed puts the a9 silent shutter a little slower than the slowest of the a7x mechanical shutters. That’s quite an accomplishment.
2018-12-16 16:52
dafadizi
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rivershaw 发表于 2018-12-16 15:06
这位老兄的博客要翻墙,我要想想办法。

你能简单说说测试原理吗?谢谢先!
简单原理就是,示波器屏幕上的光波上下跳动,频率设置成1/1000秒,然后用1/1000的快门速度去拍摄,然后分析照片中光波的运动距离。我没玩过示波器,具体参数怎么设我不知道,您只能自己研究。
2018-12-16 16:39
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