莫尔条纹防伪印刷技术开发 - 免费论文，论文大全,个人简历,英语学习,教案在线,实用文档,演讲发言

1 绪论
1.1 研究的背景与意义
在市场经济深入发展的今天，我们的物质生活得到了极大的丰富，但当人们在充分享受丰富的物质生活的同时也被大量充斥市场的假冒伪劣产品所困惑，不法分子通过伪造品牌产品来获取暴利。据估计每年全世界假冒产品的贸易额占世界总贸易额的5%-8%,严重损害了名优产品的信誉，侵犯了企业的合法权益，给消费者造成经济损失的同时，还对人们的生理和心理带来了极大地伤害，严重影响了市场经济的发展。于是为了保护消费者的权益和商家的利益，各种防伪方式和产品应运而生。
许多防伪方法都是借用印刷技术的成果。早期的防伪技术是从印刷制作精美的印刷品开始的，通过把包装做得比普通印刷品更精美，图案更复杂华丽，具有特殊的造型和独特的包装设计，来达到防伪的目的。随着科学技术的不断发展，各种各样的防伪技术已在各种学科领域产生、发展并逐渐成熟，应用范围也日趋广泛。目前国内外广泛应用的各种防伪印刷技术主要有：激光全息防伪、干涉与衍射防伪、磁和光信息防伪、核径迹与印刷以及激光与印刷防伪、特种油墨防伪、特种纸张防伪；数据信息防伪等。
这些防伪方法从印刷工艺上来看，都需要增加多道工序，而且这些工序都独立于常规的印刷，都需要专门的仪器和检验所用的化学药品来检验真伪。除此之外，还需要熟练的技术人员去操作。如果一般印刷厂要印刷具有防伪功能的产品，则需要在普通的印刷之外，再投入更多的设备和人力。根据目前情况来看，在大多数印刷厂中，产品的印刷和防伪是分开进行的，这样就会导致生产成本的增加和生产周期的延长，降低了企业的市场竞争力。这个问题引起了印刷工作者们的思考，没有一种新的印刷防伪技术使产品的常规印刷和防伪印刷在同一道工序中完成，而不增加成本。
这种思考让我们不禁想起了莫尔纹，莫尔纹是传统调幅加网中的一种印刷缺陷，它伴随着半色调图像的产生而产生，怎么也挥之不去。我们是否可以利用它做防伪用呢？经过研究证明这种想法是可行的。这种莫尔纹防伪技术的出现，将会给印刷企业带来更多的财富。从印刷工艺上讲，莫尔条纹防伪不需要增加许多繁琐的工序，缩短了产品的生产周期。从印刷成本上讲，莫尔条纹防伪是在印刷的过程中产生，不需要增加额外的成本，降低了产品的生产成本。从防伪效果上讲，莫尔条纹很难被复制和破解，而且不需要专业人员去鉴别产品的真伪，普通消费者可以直接识别。总之，莫尔纹防伪技术可以大大提高印刷企业的市场竞争力。
1.2 研究现状及内容
莫尔条纹是一种光学现象，是指将两个空间频率相近的周期性光栅图形叠加而形成的光学条纹。“莫尔”现象是很早以前法国丝绸工人发现的，在后来的工业发展中得到了很好的应用。在多色调幅加网印刷中，将各个分色片进行叠加时，只要出现很小的角度误差，就会在图像中出现难看的图案，这种难看的图案就是莫尔纹，在印刷中俗称“龟纹”。将莫尔条纹应用于防伪，是在光学领域中首先被提出来的，它主要应用于激光全息防伪技术当中。由于模压全息技术的迅速普及，使模压全息防伪标识的伪造技术也迅速扩展开来，从而降低了模压全息标识的防伪功能。为了使全息防伪能力的提高，人们提出了加密全息防伪技术，这种加密技术就是利用莫尔理论制成编码图案和解码图案进行防伪。
目前，在市场中直接应用莫尔条纹进行防伪的印刷产品非常的少，表明这一方面的应用还不是很成熟或应用这一理论的技术还有很大的欠缺。在莫尔纹防伪印刷中，提出的行之有效的办法是利用专色通道来实现莫尔纹防伪，就是在设计制作过程中，将颜色特征的区域以专色通道的形式加以表现。在后期分色加网中，专色通道被处理成为CMYK后的第五张胶片，在印制了CMYK后，印上调配好的专色油墨。
莫尔纹防伪在防伪印刷技术中有很大的优势。学者们主要总结出了它的六大优势：（1）可靠性。莫尔条纹有很多变量，首先莫尔条纹的原始图案的数学模型无法知道，还有莫尔条纹的加网角度、加网线数和网点形状都是未知数。可见，要想从技术角度去突破是很难的。如果通过扫描去复制印刷品也是很容易辨出真伪的，由于莫尔纹是由网点图像形成，在扫描的过程中网点会扩大和模糊化，而轻微的网点的变化会造成莫尔纹的很大的变化。因此，假冒的印刷品上的莫尔纹图案和真品上的莫尔纹图案的差异必然会很大。（2）独占性。莫尔条纹的防伪技术很容易跟其它的印刷防伪技术相结合，可以组合形成强大的防伪体系。（3）简便性。莫尔条纹防伪在制作工艺上，采用的是常规印刷的方式，这种方式十分的简单方便，无需过多的人力和技术的投入。（4）时效性。由于莫尔纹的防伪效果好，仿效者很难对其进行假冒，所以防伪的有效期很长。（5）功能性。通过对莫尔条纹的设计，可以设计出美观的图形，提高了印刷产品的美观性与艺术性。（6）经济性。由于采用的是常规的印刷方式，无需特殊工序所需的资金投入、设备购买、人力配备和技术维护，所以莫尔纹防伪技术具有很好的经济性。
本文主要通过莫尔纹的产生机理，研究影响莫尔条纹产生变化的主要因素和应用于常规印刷的莫尔条纹实现防伪的基本图案的设计，并给出设计的莫尔纹图案的效果图，总结出莫尔纹图案设计方法的类型。通过这些研究，一方面有利于在减少龟纹，另一方面也为利用莫尔条纹实现印刷防伪奠定了基础。总之，对于常规印刷方式的莫尔条纹防伪技术进行研究有着重大的意义。
1.3 论文结构
本文共分为六章。
第一章绪论，主要介绍了论文的研究背景与意义，对目前的研究现状和论文研究的内容作了简单的介绍。
第二章莫尔纹的理论分析与研究，主要介绍莫尔条纹的产生机理和莫尔条纹的参数的计算方法。
第三章莫尔条纹的影响因素的分析与研究，列举了可以使莫尔条纹产生变化的因素。
第四章莫尔条纹防伪的基本图案设计，根据以上几章的理论知识设计不同类型的莫尔纹防伪图案。
第五章莫尔纹防伪技术与其他防伪技术的结合，简单的介绍了莫尔纹防伪技术与其他防伪技术的结合
第六章总结与展望，总结本文所做的工作的创新之处和不足之处，及对未来莫尔纹防伪技术的发展进行了展望。

2 莫尔纹的理论分析与研究
2.1 莫尔纹的一般表达式的推导
将两个或多个具有重复性结构的图案重叠在一起就会形成一个光学莫尔图案，若已知这两个周期性图案的数学表达式，就可导出这个莫尔图案的形状，条纹间距，周期等特点。莫尔图案的分析方法主要有两种，即几何光学分析法和傅里叶光学分析法。我们主要以几何光学分析法对莫尔条纹作分析与研究。
为了分析方便，我们假设两个具有重复性结构的图案分别为两个直线光栅图案。当两块直线光栅图案相重叠时，就会形成明暗相间的莫尔条纹，如图1所示。由于印刷中，调幅加网的半色调印刷品的网点是有规律的成行排列的，而直线光栅是由连续的平行刻线组成，因此可以通过直线光栅的莫尔条纹来研究分析印刷中的莫尔现象。
为了推导莫尔条纹的方程，我们做出两个光栅的平面示意图，并作x，y直角坐标系，如图2所示。

设两个光栅的栅距分别为h1和h2，夹角为θ，形成的莫尔条纹为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ。
令m，n为正整数或负整数。通过原点的光栅线为m=0，n=0。结合图2可得出两个光栅图案的数学表达式：

                   （1）
         （2）
    由图2可以看出，两个光栅线的交点是由整数m，n的某一组数值所确定的。根据图2可知，交点连线I由（m，n=m）序列给定，交点连线II由(m, n=m-1)序列给定。作为一般的情况，交点连线由(m, n=m+k)序列给定，其中k=0，±1，±2，±3…。按照遮光效应，交点连线I，II, III…，即莫尔条纹亮条纹，其中为莫尔条纹亮条纹与水平线的夹角。以n=m+k, m=x/ h1 ，代入公式(2)，解得莫尔条纹的一般表达式为:
         （3）
显然，此式是以k为参变量的直线簇方程式。由此可知，两光栅图案形成的莫尔条纹仍是一组平行直线簇。条纹的斜率为：
         （4）
相邻两个k值所代表的莫尔条纹间的距离H为：
         （5）
2.2 印刷中龟纹计算公式的推导
公式(5)则为印刷中的Tollennar龟纹计算公式
其中
    h1—网屏1的线距;
    h2—网屏2的线距;
    H—网屏1与网屏2叠和后产生的龟纹线距;
    θ—网屏之间的夹角。
    印刷中，由于加网线数与网屏线距互为倒数，若分别用L1、L2代表网屏1与网屏2所对应的加网线数，则L1=1/h1 , L2=1/ h2, Tollennar龟纹计算公式可写成如下形式，即
             （6）
    其中表示龟纹线数，即单位长度内龟纹的线数。
         （7）
这两个公式对于讨论印刷中的龟纹现象具有普遍意义,是龟纹研究与分析中两个非常重要的公式。几何光学分析法对莫尔纹的讨论是建立在两光栅图案叠合形成的莫尔条纹方程基础之上，这是对莫尔纹现象的一种传统分析方法。

3 莫尔条纹的影响因素的分析与研究
我们根据理论与实践得出，影响莫尔条纹变化的因素主要有三个，即图案之间叠合角度的变化，图案频率的变化和图案形状的变化。[9]我们可以控制这三个因素的变化就可以制作出不同形状的莫尔条纹。图案的叠合角度，图案的频率，再结合莫尔条纹源图案的形状及图案的微结构的变换，可组成了一个变化及其复杂的多元方程组，使得莫尔纹图案的破解非常的艰难，确保了莫尔条纹的防伪性。
3.1 源图案叠合角度的变化对莫尔纹的影响
图案的叠合角度在半色调图像中就相当于网线的加网角度，根据公式(6)可以看出，当加网线数L1和L2确定后，随两网屏之间夹角θ的不断增大，莫尔纹线数N龟就越大，则表示莫尔条纹越少。随着两个网屏的夹角θ的变化，莫尔纹图像会做周期性的变化。图案间旋转1800会重现莫尔纹图案，比如20和1820相同，30和1830相同，450和2250相同等。在印刷工艺中，有时0.1的差别都会使莫尔条纹有明显的变化。[10][11]图3-图8是不同叠合角度的光栅图案所形成的莫尔条纹。

图3 夹角为2o的光栅形成的莫尔纹图4 夹角为3o的光栅形成的莫尔纹

图5 夹角为4o的光栅形成的莫尔纹图6 夹角为5o的光栅形成的莫尔纹

图7 夹角为182o的光栅形成的莫尔纹图8 夹角为183o的光栅形成的莫尔纹

由图3和图7、图4和图8可以看出图案间旋转1800会重现莫尔纹图案。由图3-图8可以看出随着图案间叠合角度的增大，即图像加网角度的增大，莫尔条纹的周期减小，线数增大。由于光栅图案形状比较单一，不能看出叠合角度为0.1o差别时，莫尔条纹的明显变化，但我们可以从1o的差别可以看出莫尔条纹明显的变化。如果图案更加精细复杂时，0.1o的差别肯定会引起莫尔条纹的明显的变化。
3.2 源图案频率的变化对莫尔条纹的影响
图案频率的变化在半色调图像中等同于图像的加网线数的变化。在加网角度一定的情况下，提高加网线数，可以达到减少龟纹故障的目的。[11]同样，在利用龟纹防伪的过程中，也可利用加网线数的变化在图案局部产生较小且明显的龟纹。随着加网线数的不同，莫尔纹的形状也会发生相应的变化，如图9-图12是不同线数的光栅图案形成的莫尔纹。

由图9-图12可以看出，随着光栅线数的变化，莫尔条纹亮条纹幅度和莫尔条纹暗条纹的幅度有明显的变化。
3.3 源图案形状的变化对莫尔纹的影响
图案形状对莫尔条纹的影响最大，不同图案形状叠合在一起就会形成不同的莫尔条纹。当源图案之间产生微小位移和微小的转动时，都会使莫尔纹发生剧烈的变化。大部分莫尔纹的图像具有对称性。这是由于源图像本身就具有对称性，所以形成的图像也就具有了这种对称性。图13-16是不同形状的图案所形成的莫尔条纹。

图 13 方框形线组和圆形线组形成的莫尔纹图 14 抛物线组与折线组形成的莫尔纹

图 15 两个椭圆线组形成的莫尔纹图16 两个射线圆形成的莫尔纹
图像的微结构，即半色调图像中的网点形状的不同，也会对莫尔条纹的状态产生影响。常用的网点形状有圆形、方形和椭圆形，也可以设计出具有个性化的合适的网点。[12]相同条件下，不同的网点形状也会得到不同的莫尔条纹。

4 莫尔条纹防伪的基本图案设计
莫尔条纹防伪图案设计就是通过图像处理软件或者其他一些软件，将源图案进行叠合形成有意义的莫尔纹图案，再结合印刷特点实现图案的仿真印刷，其中形成的莫尔条纹具有防伪作用。[13]
4.1 利用莫尔条纹的放大特性进行防伪
将两个源图案进行叠合，它们形成的莫尔条纹的周期满足公式（8）
         （8）
其中： T1，T2分别为两个源图案的周期
             TM为莫尔纹的周期
             α为两个源图案的夹角
当两个源图案的周期相等时，即T1=T2，则
               （9）
其中：
由公式（9）可以看出源图案微小的变动使莫尔图案以K倍的速率变化，具有剧烈的放大作用。式中放大倍率k与α有关。α越小，k值越大，放大的倍率就越大。[14][19]
应用莫尔条纹的放大的特性，可以将一些微小结构的数字或图案群形成的图案放大。这些放大的莫尔图案不仅美观，而且有防伪的作用。利用莫尔纹的放大特性我们设计一个简单的莫尔纹防伪图案。图17是许多透光网点周期性排列组成的点阵图案，一般称作网板。图18是“ ”形状的周期性重复结构图案。注意制作这两个图案时，必须使他们的重复周期相等或相近。然后将两幅图案叠合，把源图案进行微小的位移和角度的变化，这时就会出现莫尔图案，如图19所示，通过观察可以发现形成的莫尔图案就是图18的放大图案。[18][20]

图19 网板与“ ”形状的周期性重复结构图案重叠形成的莫尔纹
利用这种莫尔纹的构图方法可以有效的对一些印刷产品或文档进行防伪。在制作网点的时候，我们可以设计各种各样的网点，这些网点可以是一些数字、字母和各种形状的图案。制作好之后，我们在其上面覆盖一层相同频率的网板，这时就会出现放大网点形状的莫尔纹图案。这些参数的隐蔽性和莫尔纹的效果足以使这种莫尔纹图案具有强大的防伪性能。
4.2 利用线段组的组合形成的莫尔条纹进行防伪
我们可以把一些简单的线段组组合成复杂结构的图案，然后用网板与其重叠，形成莫尔纹图案，其中的线段组可以是曲线、抛物线或者折线等。形成的莫尔条纹我们是我们预先设计的带有一定意义图案。这些莫尔纹图案不仅有美化印刷品的作用，而且有很强大的防伪功能。我们可以把一些线段组经过组合形成汉字。把带有汉字的莫尔条纹印在印刷品上，不仅使人眼前一亮，欣赏艺术的同时，还起到防伪的作用。在这里我们设计一个简单的汉字莫尔纹图案。首先将几段不同窄小的线段组组合，再与网板叠合就可以形成一个中国的汉字的莫尔纹图案。这里我们简单的做一个杭州的“杭”字的莫尔纹图案。图20是与网板重叠前不同窄小的线段的组合。图21是许多透光网点周期性排列组成的网板。将它们以一定的角度和位置相重叠就可以形成“杭”字的莫尔条纹，如图22。这里只是做了一个简单的例子，形成的莫尔条纹比较粗糙。在设计当中，窄小的线段可以变换多端，它们可以是曲线、抛物线或者折线等，而且每条线段的长短也可以不同，这样就可以设计出更加完善的莫尔纹汉字图案，使其更具有美观性，更具有艺术感，更具有安全性。

4.3 利用图案编码进行莫尔纹防伪
对源图案进行编码，首先要确定一定的编码顺序，用一系列颜色相间的条纹来表示这种图案，然后利用莫尔技术来显示我们所要的图案。这种莫尔纹的制作方法与传统的光栅莫尔纹制作方法不同。在自然界中，有很多事物都可以对其编码，比如DNA的编码，我们可以仿照DNA的编码对源图案进行编码。DNA的碱基一共有四种（A，G，C，T），碱基不同的排列顺序可以有不同的DNA。为了方便，我们假设用不同黑白条纹的排列顺序来表示四种编码的因素（A，B，C，D）如图26。[17]

利用这种编码技术，我们就可以对（A，B，C，D）进行任意多次随机的组合，就可以形成一个有编码的莫尔光栅图，如图27所示。

当两种或两种以上这种经过编码的源图像进行重叠的时，即编码图案与解码图案重叠时，再进行位移的变化和角度旋转就会显现我们所要隐藏的信息。我们可以利用这种方法对源图案进行编码，隐藏我们需要隐藏的信息，等到需要的时候显现所隐藏的信息，从而起到防伪的作用。利用这种方法，我们可以把一些字母、数字或图像隐藏在完全无规则的图像编码中。这种图像的隐藏与再现的技术在艺术和商业领域有着广泛的应用。
我们以数字“8”为例，如图28所示。利用上述方法对图25进行编码，得到图29和图30，如图所示。将图29和图30以一定的角度和位置重叠，就会将隐藏的数字“8”显现出来，如图31所示。

这种特殊的莫尔编码技术，有效的实现了各种信息的编码与识别，还可以进行信息的加密和解密，这种印刷防伪技术有很大的应用前景。

5 莫尔纹防伪技术与其他防伪技术的结合
莫尔条纹很容易和其他防伪技术结合，相结合后的防伪效果会更加的强大。这种形成的强大的防伪体系，可以使我们的商品市场得到净化。[16]
5.1 莫尔纹防伪技术与激光全息防伪技术的结合
激光全息技术是20世纪60年代之后迅速发展起来的一种立体照相技术。由于激光全息技术具有信息显示量大、多信道、色彩丰富、具有强烈的视觉冲击等特点，而被应用于防伪领域。但随着模压全息技术的迅速普及和制造全息图的成本不断的降低，使得模压全息防伪标识的伪造技术得以泛滥，从而大大降低了模压全息技术的防伪功能。在这种情况下，应用莫尔理论进行加密码全息防伪的技术引起了人们的广泛关注。
加密码全息防伪是指在原来的全息标识图像版面上的整个版面或某个部分置入密码。这些密码是以莫尔现象为物理模型。这种加密全息防伪技术属于光学加密防伪。根据密码是否可见可分为不需要钥匙板的“显现型”加密码法和解码需要钥匙板的“隐蔽型”加密法。“显现型”加密码法直接以莫尔图案的形式显现出来，而“隐蔽型”加密码法必须用解码器才能读出所设计的密码。“显现型”加密码法和“隐蔽型”加密码法都可以用白光实现验证。“显现型”加密码法和“隐蔽型”加密码法的不同之处在于“隐蔽型”加密码法是隐蔽的，观察者不会发现“隐蔽型”加密码法的全息标识有什么特别之处，但只要将先前设计好的解码器贴于标识上并旋转一定的角度，就可以读出设计好的莫尔纹图案。想要知道此物品的真伪只要用成本1.5元人民币的解码器就可以迅速、准确的判断。[15]
莫尔理论对全息工业的发展有很大的意义。莫尔全息加密防伪技术被广泛的应用于文档加密，高端商品的防伪等领域。
5.2 莫尔纹防伪技术与油墨防伪技术的结合
莫尔纹防伪技术与油墨防伪技术相结合，主要是用防伪油墨印刷莫尔纹的技术。防伪油墨主要有光变油墨、热敏油墨、荧光油墨和磷光油墨。光变油墨是防伪油墨中最复杂的一种，是现今油墨行业的高科技产品。应用光变油墨印刷的莫尔纹图案会更加的好看，当油墨印迹层倾斜45o时，它可以使图案由一个色相向另一种色相转移。应用热敏油墨印刷莫尔条纹可以使莫尔条纹更加的炫丽，随着温度的变化，莫尔纹可以产生一系列的颜色的变化。荧光油墨是在现在防伪印刷中使用比较广泛的油墨之一。这种油墨在紫外线或X射线的照射下会产生明显的颜色的变化。如果用其印刷莫尔条纹会使防伪效果会更加好。磷光油墨是在油墨中加入磷光物质。这种油墨在紫外线的照射下会发出与本体不同颜色的光。如果用其印刷莫尔纹图案，防伪的效果会更加的明显。
5.3 莫尔纹防伪技术与防伪位置的结合
在印刷防伪中，防伪标记位置的确定也是防伪技术应用之一。在印刷莫尔纹防伪图案时，要安排好莫尔图案在整个版面中的位置，使其印刷在需要的位置上。这样可以起到更好的防伪效果。
在实际的印刷防伪中，不仅仅是两种防伪技术的结合来进行防伪，它往往是两种以上的防伪技术的结合。这样就可以形成一个防伪体系，使其防伪效果更加的好。
6 总结与展望
6.1 总结
这篇论文主要探讨了莫尔纹的防伪技术。在防伪领域，我们不断的寻求和探讨着新的防伪技术。莫尔条纹的防伪技术以可靠性、独占性、简便性、时效性、功能性、经济性六大优点引起了学者们的普遍关注。正是在这种背景下，有了本课题的提出。通过几何光学的方法对莫尔基础论进行了分析与研究，得出莫尔条纹的一般函数表达式，从而推导出印刷中的龟纹计算公式。以这些理论和生产实践为基础，得出了影响莫尔条纹变化的因素，即源图案叠合角度的变化对莫尔纹的影响、源图案频率的变化对莫尔条纹的影响、源图案形状的变化对莫尔纹的影响和图案微结构的变化对莫尔纹的影响，并通过光栅图案的莫尔纹的对比进行了说明。这些因素在印刷时，可以通过加网线数、加网角度和网点形状进行控制。有了莫尔基础理论和其影响因素，设计出了一些简单的莫尔纹防伪图案。最后简单的介绍了莫尔纹防伪技术与其他一些防伪技术的结合。
6.2 创新之处
这篇论文的创新之处：比较全面的总结了影响莫尔条纹变化的因素，即源图案叠合角度的变化对莫尔纹的影响、源图案频率的变化对莫尔条纹的影响、源图案形状的变化对莫尔纹的影响和图案微结构的变化对莫尔纹的影响；比较系统的总结了莫尔纹防伪的种类，即利用莫尔条纹的放大特性进行防伪、利用线段组的组合形成的莫尔条纹进行防伪、利用源图案编码进行莫尔纹防伪。
6.3 不足之处
这篇论文的不足之处：对莫尔基础理论的研究方法比较单一，理论说明不够充分；莫尔纹防伪图案设计部分中，设计的图案虽然有很强的说明性，但是图案都比较简单粗错。
6.4 展望
莫尔条纹防伪技术作为一个比较新的防伪技术，在市场上的应用还非常的少，目前主要是在激光全息防伪中被使用。它作为一个单独的防伪技术在市场上的应用还非常的空白。莫尔条纹防伪具有很好的防伪效果，它的成本又非常的低廉，在市场上会有很大的发展前景。现在缺少的只有理论上的创新。希望在未来的发展与研究中，此项技术能够很快的成熟起来。在莫尔纹防伪技术未来的发展中，

致谢
首先我要感谢我的指导老师司莉莉，司老师工作非常的繁忙，但是她还是给我以精心的指导和亲切的关怀。我的论文的选题，资料收集，写作到最后的修改都是在司老师的帮助和指导下完成的，司老师这种尽职尽责的精神令我非常的感动，我非常的感谢司老师。
同时我要感谢大学期间教导过我的所有的老师。各位老师渊博的知识，诲人不倦的高尚情操，严谨的治学态度，精益求精的教学风范和各种优秀的品质和人格魅力都使我受益匪浅。你们在我人生最重要的时候教导了我，不但给了我科学文化知识，还教会了我做人的道理，我非常的感谢。

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