
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1、.X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)分辨率及其影響因素您好,歡送來(lái)到阿里巴巴商人博客產(chǎn)品產(chǎn)品公司生意經(jīng)批發(fā)直達(dá)求購(gòu)信息資訊論壇商友X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)分辨率及其影響因素2020/02/21 09:49概述了X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)的根本配置和反映系統(tǒng)質(zhì)量特性的調(diào)制傳遞函數(shù)以及進(jìn)步X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)分辨率的根本方法。關(guān)鍵詞:系統(tǒng)分辨率質(zhì)量特性調(diào)制傳遞函數(shù)The Resolution and Influencing Factor in X-Ray Real Time Image System Zeng XiangzhaoNanhai Yuehai Steel Products Co.,Ltd Guangdong 5282
2、47Abstract:This article introduced the basic configure and the modulating transfer function which reflect the systemic quality speciality in x-ray real timeimage system,and introduced the basic technique for enhance the systemic resolution in X-Ray real time image system Keywords:System Resolution Q
3、uality speciality The modulating transfer function 1X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù)作為一種新興的無(wú)損檢測(cè)技術(shù),已進(jìn)入工業(yè)產(chǎn)品檢測(cè)的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域。與其他檢測(cè)技術(shù)一樣,X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù)需要一套設(shè)備硬件與軟件作為支撐,構(gòu)成一個(gè)完好的檢測(cè)系統(tǒng),簡(jiǎn)稱X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)。X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)使用X射線機(jī)或加速器等作為射線源,X射線透過(guò)后被檢測(cè)物體后衰減,由射線接收/轉(zhuǎn)換裝置接收并轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào),利用半導(dǎo)體傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)和信息處理技術(shù),將檢測(cè)圖像直接顯示在顯示器屏幕上,應(yīng)用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)展評(píng)定,然后將圖像數(shù)據(jù)保存到儲(chǔ)存介
4、質(zhì)上。X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)可用金屬焊縫、金屬或非金屬器件的無(wú)損檢測(cè)。2 X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)的根本配置及影響因素X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)主要由X射線機(jī)、X射線接收轉(zhuǎn)換裝置、數(shù)字圖像處理單元、圖像顯示單元、圖像儲(chǔ)存單元及檢測(cè)工裝等組成。2.1 X射線機(jī)根據(jù)被檢測(cè)工件的材質(zhì)和厚度范圍選擇X射線機(jī)的能量范圍,并應(yīng)留有一定的的能量?jī)?chǔ)藏。對(duì)于要求連續(xù)檢測(cè)的作業(yè)方式,宜選擇直流恒壓強(qiáng)迫冷卻X射線機(jī)。X射線管的焦點(diǎn)尺寸對(duì)檢測(cè)圖像質(zhì)量有較大的影響,小焦點(diǎn)可以進(jìn)步系統(tǒng)分辨率,因此,應(yīng)盡可能選用小焦點(diǎn)X射線管。目前探傷機(jī)廠可以提供的小焦點(diǎn)X射線探傷機(jī)是:160 kV恒壓式X射線系統(tǒng),焦點(diǎn)尺寸0.4mm×0.4mm
5、;225 kV恒壓式X射線系統(tǒng),焦點(diǎn)尺寸0.8mm×0.8mm;320 kV恒壓式X射線系統(tǒng),焦點(diǎn)尺寸1.2mm×1.2mm;450 kV恒壓式X射線系統(tǒng),焦點(diǎn)尺寸1.8mm×1.8mm。對(duì)焦點(diǎn)的要求也不宜過(guò)小,假設(shè)焦點(diǎn)過(guò)小且冷卻不好,焦點(diǎn)容易"燒壞"。2.2 X射線接收轉(zhuǎn)換裝置X射線接收轉(zhuǎn)換裝置的作用是將不可見(jiàn)的X光轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光,它可以是圖像增強(qiáng)器或成像面板或者線性掃描器等射線敏感器件。X射線接收轉(zhuǎn)換裝置的分辨率應(yīng)不小于3.0LP/mm。X射線接收轉(zhuǎn)換裝置子系統(tǒng)又稱為圖像成像系統(tǒng),按目前成像的技術(shù)程度可分為兩種。一種是以圖像增強(qiáng)器為主的傳統(tǒng)成
6、像器系統(tǒng)。圖像增強(qiáng)器為一種真空管,射線輸入屏由較薄的鋁或鈦材料制成,屏的基層涂有鈉Na-碘化銫CsI作為輸入閃爍體CsINa,它可以將不可光的X光圖像轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光圖像,再經(jīng)過(guò)光電陰極板的作用將可見(jiàn)光圖像轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電子束,電子束在高電壓作用下加速并聚焦于熒光輸出屏ZnCdS:Ag閃爍體材料,從而形成可視的檢測(cè)圖像。在輸出屏后端配有聚焦光學(xué)鏡頭和CCDcharge-coupled device電荷耦合器件攝像機(jī),將可視圖像的模擬信號(hào)采集輸入圖像采集卡進(jìn)展A/D轉(zhuǎn)換,再輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)展圖像處理。當(dāng)前可供選用的圖像增強(qiáng)器按輸入屏直徑有225mm9、150mm6、100mm4三種;225mm9圖像增強(qiáng)器
7、直徑較大,視野寬闊,一次檢測(cè)長(zhǎng)度較大,但明晰度較低,價(jià)格較高;100mm4圖像增強(qiáng)器直徑較小,重量較輕,便于攜帶式作業(yè),且明晰度較高,但視野較狹小,一次檢測(cè)長(zhǎng)度較小,工效較低;通常以選擇150mm6圖像增強(qiáng)器為宜。常用的CCD攝像機(jī)有晶片為1/2、分辨率為752×582線和晶片為1/3、分辨率可到達(dá)1000×752線的CCD攝像機(jī),目前更高明晰度的CCD攝像也已新近上市。另一種是基于線陣掃描探測(cè)器LDA-linear diode arrays線陣探測(cè)器的成像系統(tǒng),LDA含有大量的電子元件和成像點(diǎn),主要由發(fā)光晶體、光電二極管陳列,前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成,X射線閃爍體材料常用晶
8、體有基于磷屏的釔、GdWO4和CsI可以將X射線轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光,晶體安裝在眾多的光電二極管外表并按一定規(guī)那么排列成為光電二極管陣列大規(guī)型集成電路,按掃描方式分為線掃描線陣列和面掃描面陣列。面陣探測(cè)器價(jià)格昂貴,目前多采用線陳列探測(cè)器。線陣掃描探測(cè)器LDA成像系統(tǒng)按照結(jié)合方式又分為兩種,一種是LDA成像系統(tǒng)直接與圖像采集要卡相結(jié)合,LDA成像系統(tǒng)采集的模擬圖像送到采集卡進(jìn)展A/D轉(zhuǎn)換,再經(jīng)計(jì)算機(jī)圖像處理,其工作原理根本與圖像增強(qiáng)器一樣,但LDA成像系統(tǒng)的分辨率比起圖像增強(qiáng)器成像系統(tǒng)的分辨率有較大的進(jìn)步。另一種是LDA成像系統(tǒng)與CMODcomplementary metal-oxide-semicon
9、ductortransistor,互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管傳感器相結(jié)合,一步完成射線光電轉(zhuǎn)換、數(shù)字采集的全過(guò)程,這種成像系統(tǒng)稱為L(zhǎng)DA-CMOS射線數(shù)字直接成像系統(tǒng)。LDA-CMOS射線數(shù)字直接成像系統(tǒng)目前在各種成像系統(tǒng)中處于先進(jìn)程度。LDA-CMOS射線-數(shù)字直接成像系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換方式大大減少了信號(hào)長(zhǎng)間隔 傳輸和轉(zhuǎn)換過(guò)程的信號(hào)干擾,且光電陣列像素尺寸很小,因此,空間分辨率得到很大的進(jìn)步。線陣探測(cè)器-CMOS射線直接數(shù)字成像系統(tǒng)的造價(jià)比圖像增強(qiáng)器成像系統(tǒng)要高出許多,基于價(jià)格因素的考慮,對(duì)于普通產(chǎn)品的X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)多采用圖像增強(qiáng)器成像系統(tǒng),而對(duì)于要求較高的產(chǎn)品可采用線陣探測(cè)器-CMOS射線直接
10、數(shù)字成像系統(tǒng)。如采用線陣探測(cè)器-CMOS射線直接數(shù)字成像系統(tǒng),X射線機(jī)可不受小焦點(diǎn)的限制,X射線機(jī)的造價(jià)相對(duì)較低。因?yàn)槭蔷€掃描,像素是逐線掃描成像,幾乎不存在幾何不明晰度,因此,圖像明晰度大大進(jìn)步;但是,由于逐線掃描,成像檢測(cè)速度較慢。如今國(guó)外有一種面陣列成像板,既可大大進(jìn)步圖像的明晰和又能進(jìn)步檢測(cè)速度,但價(jià)格昂貴,現(xiàn)多用海關(guān)集裝箱高能射線檢測(cè)裝置。2.3圖像處理單元圖像處理單元應(yīng)具有圖像數(shù)據(jù)采集和處理功能。圖像數(shù)據(jù)采集方式可以是圖像采集卡或其它數(shù)字圖像合成裝置。圖像采集分辨率應(yīng)不低于768×576像素,且保證程度方向分辨率與垂直方向分辨率之比為43;動(dòng)態(tài)范圍即灰度等級(jí)應(yīng)不小于256
11、級(jí)。圖像采集卡安裝在計(jì)算機(jī)中,主要作用是進(jìn)展A/D轉(zhuǎn)換,將成像系統(tǒng)采集來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為能被計(jì)算機(jī)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)成為數(shù)字圖像。常用圖像采集卡的采集分辨率多為768×576像素,動(dòng)態(tài)范圍為8bit=256灰度級(jí),隨著技術(shù)的開(kāi)展,目前已有高分辨的圖像采集分辨率可到達(dá)1k×1K,動(dòng)態(tài)范圍可到達(dá)12bit=4096灰度級(jí)。如選用高分辨率的圖像采集卡,能大大進(jìn)步系統(tǒng)分辨系率,但價(jià)格較高。通常隨卡提供成像軟件。2.4圖像處理軟件圖像處理軟件應(yīng)具有降噪、亮度比照度增強(qiáng)、邊緣增強(qiáng)等根本功能。圖像處理軟件應(yīng)能適應(yīng)相應(yīng)檢測(cè)產(chǎn)品所規(guī)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),具有圖像幾何尺寸標(biāo)定和測(cè)量以及缺陷定位功能;在檢測(cè)
12、圖像中標(biāo)定的缺陷位置與實(shí)際位置誤差應(yīng)2mm,單個(gè)缺陷的測(cè)量精度為±0.5mm。圖像處理軟件根本上需要兩種,一種是控制軟件,其功能是通過(guò)數(shù)據(jù)總線發(fā)送命令來(lái)控制成像系統(tǒng),這些命令包括工件動(dòng)作指令、成像裝置的校準(zhǔn)、從采集卡得到圖像、圖像平面尺寸校定、圖像實(shí)時(shí)采集、圖像的同步處理和圖像儲(chǔ)存等。根據(jù)視頻技術(shù)理論,圖像采集速度到達(dá)25幀/秒即視為實(shí)時(shí)成像。假設(shè)對(duì)工件只進(jìn)展普查,那么可不起用圖像采集等指令。另一種是成像軟件,其功能是在計(jì)算機(jī)上顯示圖像,按所檢測(cè)工件的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展缺陷等級(jí)評(píng)定,同時(shí)生成工件檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)文件,輸出評(píng)定報(bào)告,再將檢測(cè)圖像和數(shù)據(jù)庫(kù)文件同時(shí)保存到光盤等儲(chǔ)存介質(zhì)中去。假設(shè)檢測(cè)圖像
13、的采集分辨率很高,采集的動(dòng)態(tài)范圍很大,那么圖像的數(shù)據(jù)容量很大,因此,成像軟件還應(yīng)具有數(shù)據(jù)壓縮功能,由于檢測(cè)圖像是重要的技術(shù)資料,應(yīng)采取無(wú)損壓縮,并應(yīng)具有良好的解壓和回放再現(xiàn)功能。圖像處理軟件通常由X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)研制單位提供給使用單位,有條件的使用單位也可以自行開(kāi)發(fā)圖像處理軟件。2.5圖像顯示單元圖像顯示采取黑白方式顯示圖像,顯示器點(diǎn)距不大于0.26mm,顯示器應(yīng)為逐行掃描,刷新頻率不小于85Hz,圖像評(píng)定可選用1719顯示器,使觀察者的視野感到更舒適。2.6圖像儲(chǔ)存單元檢測(cè)圖像可儲(chǔ)存在數(shù)字光盤等介質(zhì)中,儲(chǔ)存的數(shù)字圖像和有效信息不可修改和刪除,保存的數(shù)字圖像還應(yīng)包含有原始的采集數(shù)據(jù)。對(duì)于要求
14、保存330年的重要檢測(cè)技術(shù)資料,應(yīng)選擇CD-R一次性光盤,CD-R光盤的保存期可達(dá)50年,不能選擇CD-RW可擦寫光盤。2.7計(jì)算機(jī)的根本配置對(duì)于獨(dú)立的X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)至少應(yīng)配置兩臺(tái)計(jì)算機(jī),一臺(tái)用于圖像采集和圖像處理,另一臺(tái)用于圖像的評(píng)定和打印報(bào)告等,兩臺(tái)計(jì)算機(jī)用纜線連接。計(jì)算機(jī)硬件的根本配置要求奔騰600以上,256M內(nèi)存,20G硬盤,并配軟驅(qū)、光驅(qū)、打印機(jī)和刻錄機(jī);軟件環(huán)境要求在windows2000操作系統(tǒng)下運(yùn)行。2.8檢測(cè)工裝或流水線為實(shí)現(xiàn)工件的連續(xù)檢測(cè),應(yīng)有必要的檢測(cè)工裝設(shè)備或流水線,且應(yīng)具有較高的機(jī)械精度。2.9 X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)系統(tǒng)的選擇實(shí)用的X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)際上是以
15、上X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)的根本配置及多個(gè)影響因素有選擇性的組合,不同的組合會(huì)有不同的造價(jià)和使用功能;使用單位可根據(jù)以上X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)的根本配置及影響因素,再結(jié)合本單位的產(chǎn)品特點(diǎn)和產(chǎn)品的技術(shù)質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)以及自身的經(jīng)濟(jì)條件來(lái)選擇適宜本單位使用的X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)。3 X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)的分辨率3.1系統(tǒng)分辨率可以用多項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)的質(zhì)量特性,例如系統(tǒng)分辨率、靈敏度、最高承受電壓、系統(tǒng)的穩(wěn)定性、系統(tǒng)的連續(xù)工作時(shí)間、圖像的采集和圖像處理速度、檢測(cè)效率、圖像一次性檢測(cè)范圍長(zhǎng)度×寬度、圖像的動(dòng)態(tài)范圍、系統(tǒng)抗干擾性、系統(tǒng)的工作壽命、系統(tǒng)的價(jià)格性能比等多項(xiàng)指標(biāo),其中系統(tǒng)分辨率
16、是重要的指標(biāo),系統(tǒng)中的每一個(gè)子系統(tǒng)發(fā)生變化,都會(huì)引起系統(tǒng)分辨率綜合性能的變化,所以,抓住了系統(tǒng)分辨率這個(gè)綜合指標(biāo),就等于抓住了X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)的關(guān)鍵。系統(tǒng)分辨率指標(biāo)是X射線實(shí)時(shí)成像整個(gè)系統(tǒng)性能的綜合反映,系統(tǒng)分辨率越高,表示系統(tǒng)的技術(shù)性能越好。系統(tǒng)分辨率是系統(tǒng)設(shè)備客觀性能的反映,僅與系統(tǒng)的構(gòu)成及其性能有關(guān),與檢測(cè)工藝方法無(wú)關(guān),所以,系統(tǒng)分辨率也稱為固有分辨率。隨著系統(tǒng)設(shè)備的老化,系統(tǒng)分辨率也會(huì)衰退,因此,對(duì)系統(tǒng)分辨率應(yīng)定期進(jìn)展測(cè)試。系統(tǒng)分辨率可以用分辨率測(cè)試卡直接在系統(tǒng)中測(cè)試出來(lái)。3.2實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)分辨率的測(cè)試方法將分辨率測(cè)試卡緊貼在X射線接收轉(zhuǎn)換裝置例如圖像增強(qiáng)器輸入屏外表中心區(qū)域,線對(duì)柵
17、條與程度位置垂直或平行,按如下工藝條件進(jìn)展透照,并在顯示屏上成像:1X射線管焦點(diǎn)至圖像增強(qiáng)器輸入屏外表的間隔 不小于700mm;2管電壓不大于40kv;3管電流不大于2mA;4圖像比照度適中。在顯示屏上觀察測(cè)試卡的影像,觀察到柵條剛好別離的一組線對(duì),那么該組線對(duì)所對(duì)應(yīng)的分辨率即為系統(tǒng)分辨率,系統(tǒng)分辨率的單位是"線對(duì)/毫米"LP/mm。系統(tǒng)分辨率也可以用系統(tǒng)明晰度單位是mm來(lái)表述,它們之間的換算關(guān)系是"互為倒數(shù)的二分之一"。3.3系統(tǒng)分辨率的作用系統(tǒng)的設(shè)備配置確定之后,系統(tǒng)分辨率便是一個(gè)確定的參數(shù)。在實(shí)時(shí)成像檢測(cè)工藝中,通常是以系統(tǒng)分辨率作為參數(shù)來(lái)確定其他
18、檢測(cè)參數(shù),例如,實(shí)時(shí)成像檢測(cè)的圖像通常是放大的圖像,確定圖像放大倍數(shù)就需用到系統(tǒng)分辨系或系統(tǒng)不明晰度:Mopt表示實(shí)時(shí)成像檢測(cè)工藝中的最正確放大倍數(shù),Ui為系統(tǒng)不明晰度,d為射線源的焦點(diǎn)尺寸,均為數(shù),代入公式即可算出Mopt,令Mopt=M,這樣很快就可以確定檢測(cè)放大倍數(shù)M。3.4系統(tǒng)分辨率指標(biāo)根據(jù)X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)系統(tǒng)不同的配置,X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)系統(tǒng)可分為A、AB、B三個(gè)級(jí)別來(lái)管理,A級(jí)的系統(tǒng)分辨率指標(biāo)可定為1.4LP/mm,用于普通產(chǎn)品的X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè),例如汽車鋁合金輪轂、煉鐵高爐爐襯耐火磚以及食品罐頭的檢驗(yàn);AB級(jí)的系統(tǒng)分辨率指標(biāo)可定為2.0LP/mm,用于較重要和產(chǎn)品的檢測(cè),例如
19、鍋爐壓力容器壓力管道對(duì)接焊縫的檢測(cè),汽車零部件、電子元器件的檢測(cè);B級(jí)的系統(tǒng)分辨率定為3.0LP/mm,用于重要產(chǎn)品的檢測(cè),例如核工業(yè)產(chǎn)品、航空航天器材的檢測(cè)。4圖像調(diào)制傳遞函數(shù)從信息論的觀點(diǎn)來(lái)看,圖像的像素是檢測(cè)圖像的信息載體,像素可以具有不同的灰度級(jí)別,像素的多少以及灰度分布的組合構(gòu)成檢測(cè)的信息,檢測(cè)圖像的質(zhì)量或信息可以通過(guò)系統(tǒng)本身的傳遞特性反映出來(lái)。根據(jù)傅立葉級(jí)數(shù)和圖像信息理論,提出調(diào)制傳遞函數(shù)作為系統(tǒng)質(zhì)量或圖像質(zhì)量信息的評(píng)價(jià)根據(jù)。4.1調(diào)制度MTF調(diào)制度本來(lái)是無(wú)線電學(xué)中的概念,引用到射線檢測(cè)中來(lái)它就是比照度。被檢測(cè)物體成像比照度的再現(xiàn)才能用調(diào)制度來(lái)表征,其定義是:圖像中最大灰度與最小灰
20、度之差和最大灰度與最小灰度之和的比值,用MTF表示:式中:MTF-調(diào)制度0MTF1I1-最大灰度I2-最小灰度調(diào)制度與分辨率的關(guān)系可以用調(diào)制傳遞函數(shù)MTF曲線表示:圖1調(diào)制傳遞函數(shù)MTF曲線調(diào)制傳遞函數(shù)可用MTF曲線來(lái)表示,橫座標(biāo)是分辨率,縱座標(biāo)是比照度。分辨率越小,MTF越大;分辨率越大,MTF越小。當(dāng)分辨率大到一定程度時(shí),MTF趨近于零表示圖像分辨率的線條間距小到幾乎分辨不清。這種程度到達(dá)得越遲表示圖像分辨率越高。在X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)中通常將灰度設(shè)定為8bit28即256級(jí),試驗(yàn)說(shuō)明,正常人的眼睛可以分辨的最低調(diào)制度為5%,通常以MTF為8%時(shí)對(duì)應(yīng)的分辨率為圖像極限分辨率。4.2 MTF函
21、數(shù)的傳遞作用調(diào)制傳遞函數(shù)的作用有三:其一,MTF曲線提供的信息是客觀的;其二,比照度和分辨率是可以測(cè)量的;其三,MTF反映的信息是可以傳遞的,即系統(tǒng)中各個(gè)階段的圖像質(zhì)量有再現(xiàn)性,并且這種傳遞可以用簡(jiǎn)單摰訑方法來(lái)獲得。因此MTF函數(shù)是較客觀和全面評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量的一種方法。通常用MTF的函數(shù)來(lái)解釋系統(tǒng)的配置或圖像質(zhì)量現(xiàn)象,用MTF函數(shù)為圖像處理提供理論根底。4.3進(jìn)步X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)分辨率的根本方法為進(jìn)步系統(tǒng)分辨率,系統(tǒng)設(shè)備的配置應(yīng)盡可能選用高M(jìn)TF的子系統(tǒng),且各子系統(tǒng)MTF應(yīng)盡可能互相匹配,假設(shè)有一個(gè)子系統(tǒng)MTF較低,那么會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的分辨率可謂是"木桶效應(yīng)";盡可能減少子系統(tǒng)的數(shù)量,盡可能選用集成器件。5 X射線實(shí)時(shí)成像技術(shù)
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