JP5546381B2 - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、動画撮影を行う際に、ストロボ装置等の照明装置の発光制御及び露出制御を行う撮像装置に関する。

近年、撮像装置の一つであるデジタルカメラにおいて、動画撮影機能を有するものがある。そして、動画像の撮影において、照明装置であるハロゲンランプ又はＬＥＤ（発光ダイオード）等を用いて撮影を行うことがある。

照明装置を用いて動画像の撮影を行う際に、被写体の輝度が変化した場合には、照明装置の発光を調整する必要がある。照明装置の調整・制御を行うに当たって、被写体を撮像するイメージセンサ（撮像素子）の出力信号に基づいて被写体の輝度を判断するようにしたものがある。そして、ここでは、被写体の輝度に応じて照明装置の発光量を調整するようにしている。

つまり、被写体の輝度の変化に応じて、照明装置の発光量をリアルタイムに調整して、常に被写体が適正露光量となるように、フィードバック制御を行うようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−３５４１５５号公報

しかしながら、特許文献１においては、撮像装置で撮影される領域（撮影領域）をフォーカスが合わせられた被写体の存在する領域である主被写体領域と周辺領域とに分けることなく、照明装置の発光量の調整を行なっている。そのため、撮影領域全体に対する露光量は適正となるにしても、主被写体領域及び周辺領域の各々に対しては適正な露光量とはならない場合がある。

例えば、主被写体が移動していない状況において周辺領域が暗くなると、撮影領域全体の輝度が低下したと判断して照明装置の発光量を増やして撮影領域全体に対して適正な露光量になるようにする。

この場合、主被写体は移動していないので、主被写体領域に対しては露光量が適正な露光量よりも多くなってしまう恐れがある。

さらに、特許文献１においては、主被写体が移動したにも関わらず、撮影領域全体の輝度が変わらない状況では、撮影領域全体に対しては適正露光量であると判断することになる。従って、照明装置の発光量調整は行われない。この結果、主被写体が移動すると、主被写体領域に照明装置の光が届かず、主被写体に対しては露光量が適正な露光量よりも少なくなってしまう。

そこで、本発明の目的は、照明装置を発光させて動画の撮影を行う際に、主被写体領域及び周辺領域の各々が適正な露光量となるようにすることにある。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、照明装置の発光量制御を行うとともに露出制御を行って動画を撮影することが可能な撮像装置であって、撮影領域における主被写体領域と該主被写体領域以外の周辺領域とを決定する決定手段と、動画の撮影中に前記主被写体領域における輝度が変化すると前記照明装置の発光量制御を行う発光量制御手段と、動画の撮影中に前記周辺領域における輝度が変化すると露出制御を行う露出制御手段とを有することを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置の制御方法は、照明装置の発光量制御を行うとともに露出制御を行って動画を撮影することが可能な撮像装置の制御方法であって、撮影領域における主被写体領域と該主被写体領域以外の周辺領域とを決定する決定ステップと、動画の撮影中に前記主被写体領域における輝度が変化すると前記照明装置の発光量制御を行う発光量制御ステップと、動画の撮影中に前記周辺領域における輝度が変化すると露出制御を行う露出制御ステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、照明装置を発光させての動画撮影をする際に、主被写体領域及び周辺領域の各々が適正な露光量となるようにすることができる。

本発明の実施形態による撮像装置であるデジタルカメラの一例を示すブロック図である。 図１に示すカメラにおいて動画を撮影する際の動作を説明するためのフローチャートである。 図１に示すカメラで撮影の結果得られた動画の１フレームの一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態によるカメラにおいて動画を撮影する際の動作の一例を説明するためのフローチャートである。 図１に示すカメラで撮影の結果得られた動画の１フレームの他の例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態による撮像装置について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の実施形態による撮像装置であるデジタルカメラ（以下、単にカメラと呼ぶ）の一例を示すブロック図である。

１０２は、イメージセンサ（撮像素子）である。このイメージセンサ１０２には撮像レンズ１０１を介して被写体像等の光学像が結像される。そして、イメージセンサ１０２は光学像を電気信号である画像信号に変換する。イメージセンサ１０２は、例えば、光の強弱を信号電荷に変換・蓄積するＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）又はＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）などである。

１０３はＡＧＣ（Ａｕｔｏ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｏｒｏｌ）回路、１０４はＡ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）、１０５はディジタル信号処理部、１０６はメモリである。イメージセンサ１０２から出力された画像信号は、ＡＧＣ回路１０３においてゲイン調整された後、Ａ／Ｄコンバータ１０４でディジタル信号に変換される。

そして、このディジタル信号はディジタル信号処理部１０５においてディジタル処理されて、画像データとしてメモリ１０６に格納される。なお、メモリ１０６には、画像データのほかに各種データが保存される。

１０７は中央演算処理装置（ＣＰＵ）、１０８はタイミングジェネレータ（ＴＧ）、１０９はストロボ装置等の照明装置（以下、ＬＥＤと呼ぶ）、１１０は露出制御部、１１１は主被写体領域検出部である。

ＣＰＵ１０７は、カメラ全体の機能を制御するとともに、後述するようにＬＥＤ１０９の発光量を制御する。ＴＧ１０８は、ＣＰＵ１０７の制御下で画素読み出し用駆動パルスをイメージセンサ１０２に与えるとともに、ＬＥＤ１０９の発光量を制御するための発光制御パルスを出力する。ＬＥＤ１０９は、例えば、低照度時又は逆光時に用いられる。

露出制御部１１０は、ＣＰＵ１０７の制御下でカメラの露出制御を実行する。また、主被写体領域検出部１１１は、後述するようにして、撮影領域内における人間又は動物等の被写体が存在すると思われる位置及び領域（主被写体領域）を検出する。

図示のように、ＣＰＵ１０７は少なくとも発光量演算部１１２及び露出値演算部１１３を有しており、発光量演算部１１２は、後述するようにして、ＬＥＤ１０９の発光量を求める。また、露出値演算部１１３はカメラの露出値を演算・決定する。

図示のように、露出制御部１１０は絞り値１１４、シャッタ速度値１１５、及びＩＳＯ感度値１１６といったカメラの露出に関する露出値を制御する制御機能を有している。なお、発光量演算部１１２及びと露出値演算部１１３としての機能をＣＰＵ１０７に組み入れず、発光量演算部１１２及びと露出値演算部１１３はＣＰＵ１０７の周辺部品として構成するようにしてもよい。

主被写体領域検出部１１１は、撮像面位相差オートフォーカス（ＡＦ）機能部１１７、顔認識ＡＦ機能部１１８、及びコントラストＡＦ機能部１１９を有している。撮像面位相差ＡＦ機能部１１７は、イメージセンサ１０２に組み込まれたレンズによって被写体に対して位相差オートフォーカス（ピント合わせ）を行う第１の合焦手段として機能する。

また、顔認識ＡＦ機能部１１８は被写体の顔位置を認識して当該顔にピントを合わせる。コントラストＡＦ機能部１１９は、イメージセンサ１０２の画像信号のコントラストに応じて被写体にピントを合わせる第２の合焦手段として機能する。そして、主被写体領域検出部１１１は、上記の３つの機能のうち少なくとも一つの出力に基づいて主被写体領域を検出する。

なお、図１においては、露出制御部１１０及び主被写体領域検出部１１１に関する信号線は一部省略されている。

ここで、図１に示すカメラで動画像を撮影する場合について説明する。

図２は、図１に示すカメラにおいて動画像を撮影する際の動作を説明するためのフローチャートである。

前述したように、撮像レンズ１０１を通ってイメージセンサ１０２に入射した光学像は、イメージセンサ１０２によって電気信号（画像信号）に変換され、アナログ信号として出力される。ＴＧ１０８はイメージセンサ１０２の動作に必要な画素読み出し駆動パルスをイメージセンサ１０２に与える。

上記のアナログ信号はＡＧＣ回路１０３においてゲイン調整された後、Ａ／Ｄコンバータ１０４においてディジタル信号に変換される。そして、このディジタル信号はディジタル信号処理部１０５によってディジタル信号処理されて、画像データとしてメモリ１０６に保存される。

動画像を撮影する際には、動画撮影開始直前に周知のように露出値及びＬＥＤ１０９の発光量の初期値を決定する。ここでは、例えば、まず、カメラはＬＥＤ１０９をプリ発光させて撮像した結果得られた画像データとＬＥＤ１０９を発光させないで撮像した結果得られた画像データとの差分を得る。そして、カメラはこの差分に応じて露出値及びＬＥＤ１０９における発光量の初期値を決定する。

図示の例では、露出値演算部１１３がカメラの露出値を決定し、発光量演算部１１２がＬＥＤ１０９の発光量の初期値を決定する（ステップＳ２０１）。

カメラの露出値及びＬＥＤ発光量の初期値が決定されると、露出制御部１１０は、当該決定された露出値に応じて絞り値１１４、シャッタ速度値１１５、及びＩＳＯ感度値１１６の少なくとも１つを制御する（ステップＳ２０２）。一方、ＣＰＵ１０７は、決定されたＬＥＤ発光量の初期値に応じてＴＧ１０８を制御して、ＴＧ１０８から発光制御パルスをＬＥＤ１０９に与える。例えば、ＬＥＤ１０９はＰＷＭ（パルス幅変調）制御される。これによって、ＬＥＤ１０９が発光する（ステップＳ２０２）。

このようにして、カメラは絞り値１１４、シャッタ速度値１１５、及びＩＳＯ感度値１１６を制御しつつ、ＬＥＤ１０９を発光させて、動画像の撮影（つまり、動画記録）を開始する（ステップＳ２０３）。

動画記録が開始されると、ＣＰＵ１０７は所定のタイミングで、画像データにおける主被写体領域及び被写体輝度を検出する（ステップＳ２０４）。

図３は、図１に示すカメラで撮影の結果得られた動画の１フレームの一例を示す図である。

図３において、ここでは、動画像を撮影する際、ユーザが狙っている被写体（つまり、ピントが合わされた被写体）を含む領域を主被写体領域３０１とし、主被写体領域以外の領域を周辺領域３０２としている。

図３に示す主被写体領域３０１を検出する際には、撮像面位相差ＡＦ機能部１１７、顔認識ＡＦ機能部１１８、及びコントラストＡＦ機能部１１９の少なくとも一つによってリアルタイムに主被写体領域３０１を検出する。つまり、主被写体領域３０１には、一般に人物又は動物等の個体が含まれているから、主被写体領域検出部１１１は、上記の機能部の少なくとも一つを用いれば、ピントが合わされた被写体を含む主被写体領域３０１を検出することができる。

なお、撮像レンズ１０１から得られるレンズ距離情報に応じて、ＣＰＵ１０７は撮影者（つまり、カメラ）と被写体との距離を求め、この距離に応じて主被写体領域３０１の大きさを算出するようにすれば、主被写体領域３０１の検出精度を向上させることができる。

ここで、レンズ距離情報とは、撮像レンズ１０１の距離環の駆動量及び焦点距離等の撮像レンズ１０１の状態から得られる情報をいう。

また、ディジタル信号処理部１０５からはＣＰＵ１０７に対して画像データが与えられる。ＣＰＵ１０７は画像データに含まれる輝度情報に応じて当該主被写体領域３０１及び周辺領域３０２の輝度を検出する。

なお、ディジタル信号処理部１０５は、少なくとも画像データに含まれる輝度情報をＣＰＵ１０７に与えるようにすればよい。いずれにしても、ＣＰＵ１０７は画像データに含まれる輝度情報に応じて主被写体領域３０１及び周辺領域３０２の輝度を検出する。

上述のようにして、ＣＰＵ１０７は、動画においてリアルタイムに主被写体領域３０１及び周辺領域３０２における輝度を検出する。これによって、ＣＰＵ１０７は、図３に示すように、主被写体領域３０１における輝度と周辺領域３０２における輝度を切り分けて認識する。

続いて、ＣＰＵ１０７は、動画像において周辺領域３０２の輝度が変化したか否かを監視する（ステップＳ２０５）。ここでは、ＣＰＵ１０７は、例えば、周辺領域３０２の輝度が予め設定された輝度閾値（第２の輝度閾値：周辺領域輝度閾値）以上に変化したか否かを監視する。そして、周辺領域の３０２の輝度が周辺領域輝度閾値以上（第２の輝度閾値以上）に変化すると、周辺領域３０２の輝度に変化ありとする。

周辺領域３０２の輝度が変化したと判定すると、ＣＰＵ１０７において露出値演算部１１３は周辺領域３０２の露光量の変化を抑えるため、新たな露出値を算出する。つまり、露出値演算部１１３は周辺領域３０２に対して適正な露光量となる露出値を算出する。

そして、露出制御部１１０は、新たに算出された露出値に基づいて絞り値１１４、シャッタ速度値１１５、及びＩＳＯ感度値１１６の少なくとも１つを制御して周辺領域３０２の露光量の変化を抑える。つまり、露出制御部１１０は露出制御を行って周辺領域３０２の露光量を適正にする（ステップＳ２０６）。

なお、本実施形態における露光量は、露光期間中にイメージセンサ１０２に入射する光束の光量を表しており、ＬＥＤ１０９の発光量を増加させると被写体からの反射光が増加し露光量は多くなる。また、絞り値やシャッタ速度を変更することによっても露光量は変化する。

続いて、ＣＰＵ１０７は主被写体領域３０１における輝度が変化したか否かについて判定する（ステップＳ２０７）。ここでも、ＣＰＵ１０７は、例えば、主被写体領域３０１の輝度が所定の輝度閾値（第１の輝度閾値：主被写体輝度閾値）以上に変化したか否かを監視する。そして、主被写体領域３０１の輝度が主被写体輝度閾値以上（第１の輝度閾値以上）に変化すると、主被写体領域３０１の輝度に変化ありとする。

主被写体領域３０１の輝度が変化したと判定すると、ＣＰＵ１０７において発光量演算部１１２は主被写体領域３０１の露光量の変化を抑えるため、新たな発光量を算出する。つまり、発光量演算部１１２は主被写体領域３０１に対して適正な露光量となる発光量を算出する。

そして、ＣＰＵ１０７は新たに算出された発光量に応じてＴＧ１０８を制御して、ＴＧ１０８から出力される発光制御パルスのパルス間隔を調整する。これによって、ＣＰＵ１０７はＬＥＤ１０９の発光量を再調整する（ステップＳ２０８）。

続いて、ＣＰＵ１０７は動画撮影が終了したか否かについて判定し（ステップＳ２０９）、動画撮影が終了すると、ＣＰＵ１０７は一連の処理を終了する。一方、動画撮影が終了していないと、ＣＰＵ１０７はステップＳ２０４に戻って処理を続行する。

なお、ステップＳ２０５において、周辺領域３０２の輝度が変化していないと判定すると（ステップＳ２０５において、ＮＯ）、ＣＰＵ１０７は処理をステップＳ２０７に移行して、主被写体領域３０１の輝度が変化したか否かについて判定する。また、ステップＳ２０７において、主被写体領域３０１の輝度が変化していないと判定すると、ＣＰＵ１０７はステップＳ２０４に戻って処理を続行する。

このように、第１の実施形態では、動画撮影の際に、周辺領域については露出制御を行って適正な露光量にし、主被写体領域においては発光量制御を行って適正な露光量にしている。そのため、刻一刻と移動する被写体においても主被写体領域３０１及び周辺領域３０２の各々について露光量を常に適正に維持することができる。

さらに、被写体が画角内にある限り、被写体がどこにいても主被写体領域３０１及び周辺領域３０２の各々について露光量を適正とすることができる。

（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態による撮像装置の１つであるカメラについて説明する。第２の実施形態におけるカメラの構成は、図１に示すカメラと同様である。

図４は、本発明の第２の実施形態によるカメラにおいて動画を撮影する際の動作の一例を説明するためのフローチャートである。また、図５は、図１に示すカメラで撮影の結果得られた動画の１フレームの他の例を示す図である。

図５において、ここでは、動画を撮影する際、画面上固定された領域を主被写体領域３０１とし、主被写体領域以外の領域を周辺領域３０２としている。

図１、図４、及び図５を参照して、ここでは、前述のように、主被写体領域３０１は画面上で固定されている。つまり、主被写体領域３０１を画面上の予め設定された領域として、それ以外を周辺領域３０２とする。これによって、画面上において主被写体領域３０１及び周辺領域３０２を切り分けて、主被写体領域３０１及び周辺領域３０２の各々について露光量を適正に維持する。

なお、以下の説明では、第１の実施形態で説明した動作と同様の動作について同一の参照符号を付して説明を省略する。

前述したように、動画を撮影する際には、ＣＰＵ１０７はステップＳ２０１〜Ｓ２０３を実行する。そして、ＣＰＵ１０７は主被写体領域３０１に対する露光量の制御と周辺領域３０２に対する露光量の制御とを分けて行う。

まず、主被写体領域３０１に対する露光量の制御について説明する。

動画記録が開始されると、ＣＰＵ１０７は所定のタイミングで、画像データにおける主被写体領域３０１（ここでは主被写体領域３０１は画面上で固定されている）の輝度を検出する（ステップＳ３０４）。

ここでは、ＣＰＵ１０７はディジタル信号処理部１０５から与えられる画像データが示す画面上の予め定められた領域についてその輝度を検出する。この予め定められた領域は、前述のように、主被写体領域３０１である。

続いて、ＣＰＵ１０７は主被写体領域３０１における輝度が変化したか否かについて判定する（ステップＳ３０５）。ここでも、前述したように、ＣＰＵ１０７は、主被写体領域３０１の輝度が主被写体輝度閾値以上に変化したか否かを監視して、主被写体領域３０１の輝度が主被写体輝度閾値以上に変化すると、主被写体領域３０１の輝度に変化ありとする。

主被写体領域３０１の輝度が変化したと判定すると、ＣＰＵ１０７において発光量演算部１１２は主被写体領域３０１の輝度の変化を抑えるため、新たな発光量を算出する。つまり、発光量演算部１１２は主被写体領域３０１における露光量を適正とする発光量を算出する。

そして、ＣＰＵ１０７は新たに算出された発光量に応じてＴＧ１０８を制御して、ＴＧ１０８から出力される発光制御パルスのパルス間隔を調整する。これによって、ＣＰＵ１０７はＬＥＤ１０９の発光量を再調整する（ステップＳ３０６）。

なお、ステップＳ３０５において、主被写体領域３０１の輝度が変化していないと判定すると、ＣＰＵ１０７はステップＳ３０４に戻って処理を続行する。

続いて、周辺領域３０２における輝度制御について説明する。

動画記録が開始されると、ＣＰＵ１０７は、前述のようにして、所定のタイミングで、画像データにおける周辺領域３０２の輝度を検出する（ステップＳ３０７）。

ここでは、ＣＰＵ１０７は、画像データが示す画面（フレーム）上の予め定められた領域（つまり、主被写体領域３０１）を除く領域を周辺領域３０２として、その輝度を検出することになる。

そして、ＣＰＵ１０７は、動画において周辺領域３０２の輝度が変化したか否かについて判定する（ステップＳ３０８）。ここでは、ＣＰＵ１０７は、周辺領域３０２の輝度が周辺領域輝度閾値以上に変化したか否かを監視して、周辺領域の３０２の輝度が周辺領域輝度閾値以上に変化すると、周辺領域３０２の輝度に変化ありとする。

周辺領域３０２の輝度が変化したと判定すると、ＣＰＵ１０７において露出値演算部１１３は周辺領域３０２の露光量の変化を抑えるため、新たな露出値を算出する。そして、露出制御部１１０は、新たに算出された露出値に基づいて絞り値１１４、シャッタ速度値１１５、及びＩＳＯ感度値１１６の少なくとも１つを制御して周辺領域３０２の露光量の変化を抑える（カメラ露出制御：ステップＳ３０９）。

なお、ステップＳ３０８において、周辺領域３０２の輝度が変化していないと判定すると、ＣＰＵ１０７はステップＳ３０７に戻って処理を続行する。

このようにして、主被写体領域３０１及び周辺領域３０２における輝度制御を行った後、ＣＰＵ１０７は動画撮影が終了したか否かについて判定し（ステップＳ３１０）、動画撮影が終了すると、ＣＰＵ１０７は一連の処理を終了する。一方、動画撮影が終了していないと、ＣＰＵ１０７はステップＳ３０４及びＳ３０７に戻って処理を続行する。

このように、第２の実施形態では、主被写体領域３０１を画面上で予め設定された領域（つまり、主被写体領域３０１を画面上で固定する）としているので、主被写体領域３０１と周辺領域３０２との切り分けが容易である。そのため、簡単な構成で主被写体領域３０１及び周辺領域３０２の各々について露光量を適正に制御することができる。

以上、本発明について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。

例えば、上記の実施の形態の機能を制御方法として、この制御方法を、カメラが備えるコンピュータに実行させるようにすればよい。また、上述の実施の形態の機能を有するプログラムを制御プログラムとして、この制御プログラムをカメラが備えるコンピュータに実行させるようにしてもよい。

この際、制御方法及び制御プログラムは、少なくとも領域検出ステップ、発光量制御ステップ、及び露出制御ステップを有することになる。なお、制御プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録される。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記録媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

１０２ イメージセンサ
１０７ ＣＰＵ（中央演算処理装置）
１０９ 照明装置（ＬＥＤ）
１１０ 露出制御部
１１１ 主被写体領域検出部
１１２ 発光量演算部
１１３ 露出値演算部

Claims (8)

1. 照明装置の発光量制御を行うとともに露出制御を行って動画を撮影することが可能な撮像装置であって、
   撮影領域における主被写体領域と該主被写体領域以外の周辺領域とを決定する決定手段と、
   動画の撮影中に前記主被写体領域における輝度が変化すると前記照明装置の発光量制御を行う発光量制御手段と、
   動画の撮影中に前記周辺領域における輝度が変化すると露出制御を行う露出制御手段とを有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記発光量制御手段は、前記主被写体領域における輝度変化が予め定められた第１の輝度閾値以上となると、前記主被写体領域における輝度が変化したと判定することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記露出制御手段は、前記周辺領域における輝度変化が予め定められた第２の輝度閾値以上となると、前記周辺領域における輝度が変化したと判定することを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
4. 前記決定手段は、撮影領域における予め設定された領域を前記主被写体領域に決定することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の撮像装置。
5. 前記決定手段は、撮影領域における動画の撮影中にピントが合わされた領域を前記主被写体領域に決定することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の撮像装置。
6. 前記決定手段は、動画の撮影中に得られた画像データに基づいて前記主被写体領域を決定することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の撮像装置。
7. 前記照明装置はＬＥＤを光源とし、
   前記発光量制御手段は、発光量制御パルスのパルス間隔を調整することで前記照明装置の発光量制御を行うことを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載の撮像装置。
8. 照明装置の発光量制御を行うとともに露出制御を行って動画を撮影することが可能な撮像装置の制御方法であって、
   撮影領域における主被写体領域と該主被写体領域以外の周辺領域とを決定する決定ステップと、
   動画の撮影中に前記主被写体領域における輝度が変化すると前記照明装置の発光量制御を行う発光量制御ステップと、
   動画の撮影中に前記周辺領域における輝度が変化すると露出制御を行う露出制御ステップとを有することを特徴とする撮像装置の制御方法。

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