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Yolov5训练自己的数据集(详细完整版)

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Yolov5训练自己的数据集(详细完整版)


最近在网上看到有与本博客一模一样的,连图片都一样。
特此声明:这是原版,转载请附原文链接,谢谢。

这次我将大部分图片添加了水印

文章目录

推荐下本人另一篇博客:

最新安装anaconda与tensorflow、pytorch(详细完整版)

一. 环境(不能含有中文路径)

本教程使用环境:

  • pytorch: 1.10.0

  • python: 3.9

  • yolov5 v6.0

ps: 如果要使用GPU,cuda版本要 >=10.1

下载安装yolov5:

yolov5 v6.0官方要求 Python>=3.6 and PyTorch>=1.7

yolov5源码下载:https://github.com/ultralytics/yolov5

下载后,进入pytorch环境进入yolov5文件夹,使用换源的方法安装依赖。

如果你前面安装时没有换源,我强烈建议你使用换源的方法在安装一次

安装过的模块不会在安装,以防缺少模块,影响后续程序运行以及模型训练。

pip install -r requirements.txt -i  https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

因为本教程主详细讲解训练自己的数据集,避免篇幅过多,因此这里不详细说明了。

二. 准备工作(文件夹及视频转图片)

因为这篇文章主要是给小白提供,所以数据集文件夹以及代码文件命名不是很标准,标准的自行去搜索查看coco数据集就行了。

为了排除一些意外情况,路径中就不要有短横杠-以及空格等等特殊字符。中文更不能要有。

  1. 在 yolov5目录下 新建文件夹 VOCData(可以自定义命名)

在这里插入图片描述

  1. 在VOCData下新建两个文件夹 Annotations 以及 images

images:用于存放要标注的图片(jpg格式)

这个和后续产生的 labels文件夹命名来源于yolov5/utils/datasets.py的第372行,你可进行查看。

Annotations :用于存放标注图片后产生的内容(这里采用XML格式)

后续使用代码保存位置如图

本教程需要用到图中的代码文件,这里先不用管,后面会给出代码。

在这里插入图片描述

这里提供本人编写的python代码,用于将视频转图片。

只需更改两个参数,视频路径以及间隔多少帧取图片。

python实现视频转图片_diyu-CSDN博客

代码运行,需要装有opencv模块,装opencv模块前需要装numpy模块。
所以,你可以选择进入pytorch环境进入代码所在文件夹,用命令行形式运行程序。

三. 使用labelImg标注图片

1. 安装labellmg

labelImg下载:https://github.com/tzutalin/labelImg

各种安装方法都在此链接中,这里只给出 windows +anaconda 进行安装。

ps: 如果你进入不了github,这里给出百度网盘链接

labellImg百度网盘链接:https://pan.baidu.com/s/1odKMu9nY6ueVJsiQwYRnkw
提取码:diyu

此labelImg是采用命令行形式运行,需要使用命令行安装一些依赖。

如果你认为这个太麻烦,网上有人打包好了此软件,可以自行去下载。

本人labellmg存放位置

在这里插入图片描述

打开 anaconda prompt (类似于cmd)

在这里插入图片描述

进入 labellmg文件夹

在这里插入图片描述

我建议就在base环境下进行安装labellmg,方便一点,你也可以进入pytorch环境下安装。

在哪个环境安装的就在哪个环境下启动软件。

执行命令前,建议更新一下conda
conda update -n base -c defaults conda

-n:指定更新哪个环境的conda,这里是base环境

windows +anaconda 安装方式如下:

依次执行下面命令 (不要连接外网)

conda install pyqt=5conda install -c anaconda lxmlpyrcc5 -o libs/resources.py resources.qrc

2. 使用labellmg

运行软件前可以更改下要标注的类别。

也可以进入软件后添加,不过那样每次进入软件都要添加,麻烦。

在这里插入图片描述

打开labellmg(要进入labellmg文件夹)

python labelImg.py   #运行软件

勾选 auto save mode 自动保存

在这里插入图片描述
图片重新上传加了水印,模糊了见谅
在这里插入图片描述

格式就默认是XML格式,可以更改成yolo,这里就使用默认的XML格式

点击左方边栏或者屏幕右键选择 Create RectBox 即可进行标注。

尽可能的完全拟合标注物体,建议放大标注,也别放大狠了哈。

其它看个人标准。

如果数据集很多的话,可以考虑自动标注,当然,也不是全自动哈。

image-20211203131029366

四. 划分数据集以及配置文件修改

运行代码方式

  • 第一种:使用pycharm、vscode、python自带的IDLE。如果出现缺少模块的情况(no module named),你可以安装模块,也可以使用后一种方法。

  • 第二种:进入pytorch环境,进入代码所在目录,使用命令行形式运行(python + 程序名)

1. 划分训练集、验证集、测试集

在VOCData目录下创建程序 split_train_val.py 并运行

程序如下:(可以不更改)

# coding:utf-8import osimport randomimport argparseparser = argparse.ArgumentParser()#xml文件的地址,根据自己的数据进行修改 xml一般存放在Annotations下parser.add_argument('--xml_path', default='Annotations', type=str, help='input xml label path')#数据集的划分,地址选择自己数据下的ImageSets/Mainparser.add_argument('--txt_path', default='ImageSets/Main', type=str, help='output txt label path')opt = parser.parse_args()trainval_percent = 1.0  # 训练集和验证集所占比例。 这里没有划分测试集train_percent = 0.9     # 训练集所占比例,可自己进行调整xmlfilepath = opt.xml_pathtxtsavepath = opt.txt_pathtotal_xml = os.listdir(xmlfilepath)if not os.path.exists(txtsavepath):    os.makedirs(txtsavepath)num = len(total_xml)list_index = range(num)tv = int(num * trainval_percent)tr = int(tv * train_percent)trainval = random.sample(list_index, tv)train = random.sample(trainval, tr)file_trainval = open(txtsavepath + '/trainval.txt', 'w')file_test = open(txtsavepath + '/test.txt', 'w')file_train = open(txtsavepath + '/train.txt', 'w')file_val = open(txtsavepath + '/val.txt', 'w')for i in list_index:    name = total_xml[i][:-4] + '\n'    if i in trainval:        file_trainval.write(name)        if i in train:            file_train.write(name)        else:            file_val.write(name)    else:        file_test.write(name)file_trainval.close()file_train.close()file_val.close()file_test.close()

运行完毕后 会生成 ImagesSets\Main 文件夹,且在其下生成 测试集、训练集、验证集,存放图片的名字(无后缀.jpg)

由于没有分配测试集,所以测试集为空。

若要分配,更改第 14、15 行代码,更改所在比例即可。

在这里插入图片描述

2. XML格式转yolo_txt格式

在VOCData目录下创建程序 text_to_yolo.py 并运行

命名随意,我后面改成了 xml_to_yolo.py,更加的贴切。

程序如下:

需要将第 7 行改成自己所标注的类别 以及修改各绝对路径

绝对路径需为:d:\\images 或者 d:/images
双右斜线或者单左斜线

# -*- coding: utf-8 -*-import xml.etree.ElementTree as ETimport osfrom os import getcwdsets = ['train', 'val', 'test']classes = ["light", "post"]   # 改成自己的类别abs_path = os.getcwd()print(abs_path)def convert(size, box):    dw = 1. / (size[0])    dh = 1. / (size[1])    x = (box[0] + box[1]) / 2.0 - 1    y = (box[2] + box[3]) / 2.0 - 1    w = box[1] - box[0]    h = box[3] - box[2]    x = x * dw    w = w * dw    y = y * dh    h = h * dh    return x, y, w, hdef convert_annotation(image_id):    in_file = open('D:/Yolov5/yolov5/VOCData/Annotations/%s.xml' % (image_id), encoding='UTF-8')    out_file = open('D:/Yolov5/yolov5/VOCData/labels/%s.txt' % (image_id), 'w')    tree = ET.parse(in_file)    root = tree.getroot()    size = root.find('size')    w = int(size.find('width').text)    h = int(size.find('height').text)    for obj in root.iter('object'):        difficult = obj.find('difficult').text        #difficult = obj.find('Difficult').text        cls = obj.find('name').text        if cls not in classes or int(difficult) == 1:            continue        cls_id = classes.index(cls)        xmlbox = obj.find('bndbox')        b = (float(xmlbox.find('xmin').text), float(xmlbox.find('xmax').text), float(xmlbox.find('ymin').text),             float(xmlbox.find('ymax').text))        b1, b2, b3, b4 = b        # 标注越界修正        if b2 > w:            b2 = w        if b4 > h:            b4 = h        b = (b1, b2, b3, b4)        bb = convert((w, h), b)        out_file.write(str(cls_id) + " " + " ".join([str(a) for a in bb]) + '\n')wd = getcwd()for image_set in sets:    if not os.path.exists('D:/Yolov5/yolov5/VOCData/labels/'):        os.makedirs('D:/Yolov5/yolov5/VOCData/labels/')    image_ids = open('D:/Yolov5/yolov5/VOCData/ImageSets/Main/%s.txt' % (image_set)).read().strip().split()       if not os.path.exists('D:/Yolov5/yolov5/VOCData/dataSet_path/'):        os.makedirs('D:/Yolov5/yolov5/VOCData/dataSet_path/')         list_file = open('dataSet_path/%s.txt' % (image_set), 'w')    # 这行路径不需更改,这是相对路径    for image_id in image_ids:        list_file.write('D:/Yolov5/yolov5/VOCData/images/%s.jpg\n' % (image_id))        convert_annotation(image_id)    list_file.close()

运行后会生成如下 labels 文件夹和 dataSet_path 文件夹。

其中 labels 中为不同图像的标注文件。每个图像对应一个txt文件,文件每一行为一个目标的信息,包括class, x_center, y_center, width, height格式,这种即为 yolo_txt格式

在这里插入图片描述

dataSet_path文件夹包含三个数据集的txt文件,train.txt等txt文件为划分后图像所在位置的路径,如train.txt就含有所有训练集图像的路径。
在这里插入图片描述

3. 配置文件

在 yolov5 目录下的 data 文件夹下 新建一个 myvoc.yaml文件(可以自定义命名),用记事本打开。

内容是:

训练集以及验证集(train.txt和val.txt)的路径(可以改为相对路径

以及 目标的类别数目和类别名称。

注意这里的类别名称顺序,如果训练的结果是反的,这里修改重新训练。

在这里插入图片描述

给出模板: 冒号后面需要加空格

train: D:/Yolov5/yolov5/VOCData/dataSet_path/train.txtval: D:/Yolov5/yolov5/VOCData/dataSet_path/val.txt# number of classesnc: 2# class namesnames: ["light", "post"]

3. 聚类获得先验框

3.1 生成anchors(两种方法)

有自动法以及手动法。

鉴于很多人在生成anchors文件这里出错,因此补上自动法

3.1.1 自动获取anchors

如果目录 yolov5/utils下有 autoanchor.py文件,那么就可以采用自动获取anchors。(yolov5版本偏低是没有的)

如果没有此文件。那么就只能手动获取更改anchors

在这里插入图片描述
确保 yolov5/data/hyps/hyp.cratch.yaml中的anchors这行是注释掉的

在这里插入图片描述

采用自动法的话,不用运行,训练时自动调用

如果自动获取anchors的话,训练时只要不添加参数 --noautoanchor(后面会介绍),就会自动运行autoanchor.py。

原理就是通过检测计算 Best Possible Recall (BPR),来判断是否重新计算anchors。如果BPR<0.98时(最高是1),会自动通过k-means(欧式距离)聚类得到新的anchors。

图中大于0.98,所以没有更新anchors。

在这里插入图片描述
我这里不清楚 BPR<0.98的具体情况,我只知道会重新计算anchors,但是是否需要我们将重新生成的anchors像手动法那样去修改anchors就不清楚了。
按理应该是不需要的,如果训练时重新生成anchors后会停止训练,那么应该是需要我们修改ahchors。

3.1.2 手动获取anchors

在VOCData目录下创建程序两个程序 kmeans.py 以及 clauculate_anchors.py

不需要运行 kmeans.py,运行 clauculate_anchors.py 即可。

kmeans.py 程序如下:这不需要运行,也不需要更改

如果报错,可以查看第 13 行内容

import numpy as npdef iou(box, clusters):    """    Calculates the Intersection over Union (IoU) between a box and k clusters.    :param box: tuple or array, shifted to the origin (i. e. width and height)    :param clusters: numpy array of shape (k, 2) where k is the number of clusters    :return: numpy array of shape (k, 0) where k is the number of clusters    """    x = np.minimum(clusters[:, 0], box[0])    y = np.minimum(clusters[:, 1], box[1])    if np.count_nonzero(x == 0) > 0 or np.count_nonzero(y == 0) > 0:        raise ValueError("Box has no area")    # 如果报这个错,可以把这行改成pass即可    intersection = x * y    box_area = box[0] * box[1]    cluster_area = clusters[:, 0] * clusters[:, 1]    iou_ = intersection / (box_area + cluster_area - intersection)    return iou_def avg_iou(boxes, clusters):    """    Calculates the average Intersection over Union (IoU) between a numpy array of boxes and k clusters.    :param boxes: numpy array of shape (r, 2), where r is the number of rows    :param clusters: numpy array of shape (k, 2) where k is the number of clusters    :return: average IoU as a single float    """    return np.mean([np.max(iou(boxes[i], clusters)) for i in range(boxes.shape[0])])def translate_boxes(boxes):    """    Translates all the boxes to the origin.    :param boxes: numpy array of shape (r, 4)    :return: numpy array of shape (r, 2)    """    new_boxes = boxes.copy()    for row in range(new_boxes.shape[0]):        new_boxes[row][2] = np.abs(new_boxes[row][2] - new_boxes[row][0])        new_boxes[row][3] = np.abs(new_boxes[row][3] - new_boxes[row][1])    return np.delete(new_boxes, [0, 1], axis=1)def kmeans(boxes, k, dist=np.median):    """    Calculates k-means clustering with the Intersection over Union (IoU) metric.    :param boxes: numpy array of shape (r, 2), where r is the number of rows    :param k: number of clusters    :param dist: distance function    :return: numpy array of shape (k, 2)    """    rows = boxes.shape[0]    distances = np.empty((rows, k))    last_clusters = np.zeros((rows,))    np.random.seed()    # the Forgy method will fail if the whole array contains the same rows    clusters = boxes[np.random.choice(rows, k, replace=False)]    while True:        for row in range(rows):            distances[row] = 1 - iou(boxes[row], clusters)        nearest_clusters = np.argmin(distances, axis=1)        if (last_clusters == nearest_clusters).all():            break        for cluster in range(k):            clusters[cluster] = dist(boxes[nearest_clusters == cluster], axis=0)        last_clusters = nearest_clusters    return clustersif __name__ == '__main__':    a = np.array([[1, 2, 3, 4], [5, 7, 6, 8]])    print(translate_boxes(a))

运行:clauculate_anchors.py

会调用 kmeans.py 聚类生成新anchors的文件

程序如下:

需要更改第 9 、13行文件绝对路径 以及 第 16 行标注类别名称

# -*- coding: utf-8 -*-# 根据标签文件求先验框import osimport numpy as npimport xml.etree.cElementTree as etfrom kmeans import kmeans, avg_iouFILE_ROOT = "D:/Yolov5/yolov5/VOCData/"     # 根路径ANNOTATION_ROOT = "Annotations"   # 数据集标签文件夹路径ANNOTATION_PATH = FILE_ROOT + ANNOTATION_ROOTANCHORS_TXT_PATH = "D:/Yolov5/yolov5/VOCData/anchors.txt"   #anchors文件保存位置CLUSTERS = 9CLASS_NAMES = ['light', 'post']   #类别名称def load_data(anno_dir, class_names):    xml_names = os.listdir(anno_dir)    boxes = []    for xml_name in xml_names:        xml_pth = os.path.join(anno_dir, xml_name)        tree = et.parse(xml_pth)        width = float(tree.findtext("./size/width"))        height = float(tree.findtext("./size/height"))        for obj in tree.findall("./object"):            cls_name = obj.findtext("name")            if cls_name in class_names:                xmin = float(obj.findtext("bndbox/xmin")) / width                ymin = float(obj.findtext("bndbox/ymin")) / height                xmax = float(obj.findtext("bndbox/xmax")) / width                ymax = float(obj.findtext("bndbox/ymax")) / height                box = [xmax - xmin, ymax - ymin]                boxes.append(box)            else:                continue    return np.array(boxes)if __name__ == '__main__':    anchors_txt = open(ANCHORS_TXT_PATH, "w")    train_boxes = load_data(ANNOTATION_PATH, CLASS_NAMES)    count = 1    best_accuracy = 0    best_anchors = []    best_ratios = []    for i in range(10):      ##### 可以修改,不要太大,否则时间很长        anchors_tmp = []        clusters = kmeans(train_boxes, k=CLUSTERS)        idx = clusters[:, 0].argsort()        clusters = clusters[idx]        # print(clusters)        for j in range(CLUSTERS):            anchor = [round(clusters[j][0] * 640, 2), round(clusters[j][1] * 640, 2)]            anchors_tmp.append(anchor)            print(f"Anchors:{anchor}")        temp_accuracy = avg_iou(train_boxes, clusters) * 100        print("Train_Accuracy:{:.2f}%".format(temp_accuracy))        ratios = np.around(clusters[:, 0] / clusters[:, 1], decimals=2).tolist()        ratios.sort()        print("Ratios:{}".format(ratios))        print(20 * "*" + " {} ".format(count) + 20 * "*")        count += 1        if temp_accuracy > best_accuracy:            best_accuracy = temp_accuracy            best_anchors = anchors_tmp            best_ratios = ratios    anchors_txt.write("Best Accuracy = " + str(round(best_accuracy, 2)) + '%' + "\r\n")    anchors_txt.write("Best Anchors = " + str(best_anchors) + "\r\n")    anchors_txt.write("Best Ratios = " + str(best_ratios))    anchors_txt.close()

会生成anchors文件。如果生成文件为空,重新运行即可

如果还是为空,看下是不是类别没有更改。

第二行 Best Anchors 后面需要用到。(这就是手动获取到的anchors的值)

image-20211203143057111

3.2 修改模型配置文件

选择一个模型,在yolov5目录下的model文件夹下是模型的配置文件,有n、s、m、l、x版本,逐渐增大(随着架构的增大,训练时间也是逐渐增大)。

这里放一些官方数据:GitHub - ultralytics/yolov5

在这里插入图片描述

Modelsize (pixels)mAPval 0.5:0.95mAPval 0.5Speed CPU b1 (ms)Speed V100 b1 (ms)Speed V100 b32 (ms)params (M)FLOPs @640 (B)
YOLOv5n64028.446.0456.30.61.94.5
YOLOv5s64037.256.0986.40.97.216.5
YOLOv5m64045.263.92248.21.721.249.0
YOLOv5l64048.867.243010.12.746.5109.1
YOLOv5x64050.768.976612.14.886.7205.7

这里选用 yolov5s.yaml

在这里插入图片描述

使用记事本打开 yolov5s.yaml。

修改参数

  • 采用自动法获取anchors,只需更改nc 标注类别数,不用更改anchors

按理应该是不需修改anchors的,我在前面自动法那里提过,如果后续训练时自动计算出了anchors后暂停了训练,那么应该是需要我们根据生成的anchors来修改。

在这里插入图片描述

  • 手动法获取anchors需要更改两个参数

把 nc 改成自己的标注类别数

修改anchors,根据 anchors.txt 中的 Best Anchors 修改,需要取整(四舍五入、向上、向下都可以)。

保持yaml中的anchors格式不变,按顺序一对一即可。
在这里插入图片描述

五. 模型训练

1. 开始训练

打开yolov5 目录下的 train.py 程序,我们可以多看看这些参数使用。

在这里插入图片描述

常用参数解释如下:

这个大部分借鉴了参考链接。

weights:权重文件路径

cfg:存储模型结构的配置文件

data:存储训练、测试数据的文件

epochs:指的就是训练过程中整个数据集将被迭代(训练)了多少次,显卡不行你就调小点。

batch-size:训练完多少张图片才进行权重更新,显卡不行就调小点。

img-size:输入图片宽高,显卡不行就调小点。

device:cuda device, i.e. 0 or 0,1,2,3 or cpu。选择使用GPU还是CPU

workers:线程数。默认是8。

其它参数解释:

noautoanchor:不自动检验更新anchors
rect:进行矩形训练

resume:恢复最近保存的模型开始训练

nosave:仅保存最终checkpoint

notest:仅测试最后的epoch

evolve:进化超参数

bucket:gsutil bucket

cache-images:缓存图像以加快训练速度

name: 重命名results.txt to results_name.txt

adam:使用adam优化

multi-scale:多尺度训练,img-size +/- 50%

single-cls:单类别的训练集

进入pytorch环境,进入yolov5文件夹

image-20211203151106596

训练命令如下:

如果出现问题,查看后面问题说明!

python train.py --weights weights/yolov5s.pt  --cfg models/yolov5s.yaml  --data data/myvoc.yaml --epoch 200 --batch-size 8 --img 640   --device cpu

–weights weights/yolov5s.pt :这个也许你需要更改路径。我是将yolov5的pt文件都放在weights目录下,你可能没有,需要更改路径。

–epoch 200 :训练200次

–batch-size 8:训练8张图片后进行权重更新

–device cpu:使用CPU训练。

如果采用手动法获取anchors,可以选择补充添加参数 --noautoanchor,也可以不添加(解释如下)

参数解释在上面。如果是自动法,这个参数不要加;

如果是手动获取并更改了anchors的,而且没有添加参数 --noautoanchor,训练时会计算BPR,并且得到的BPR应该是为1的(或者极为接近1),所以不会更新anchors。因此,手动法的话这个参数添不添加无所谓的。

2. 训练过程

如果你不想看到这些警告,网上是有办法消除的,自行寻找了。

如果你使用GPU训练也有类似下面这个,那是你 cuda 版本不对(不是>=10.1的版本),版本不对无法使用cuda。

在这里插入图片描述

训练好的模型会被保存在 yolov5 目录下的 runs/train/weights/ 下

在这里插入图片描述

3. 训练时间

  1. 我这里四百多张图片,使用CPU训练了一百二十几次(虽然设的200次,但我中途终止了),大概花了5、6个小时吧,时间比较久了忘了。
  2. 我同学 70张图片训练70次,使用CPU训练花了 一个多小时。

上述时间只限于电脑风扇转动的情况下,如果你电脑限制性能,风扇不转动,那时间将会是个未知(一般是好几倍)

4. 相关问题

如果出现缺少模块的情况(no module named)

回到博客最开始部分,使用换源的方法补充安装yolov5的依赖。

如果出现 (页面太小,无法完成操作)的相关问题

那是虚拟内存不足,重新打开页面或者重启电脑试试(这个方法解决的可能性比较低),降低线程 --workes (默认是8) 。最后再试试调小 --batch-size,降低 --epoch

我有几个同学 --workers指定为0才成功。

如果都不行,可以看看这个链接 https://product.pconline.com.cn/itbk/software/dnyw/1707/9679137.html

如果训练过程中出现 memory error

那是内存超了,减小 --batch-size 试试,如果还不行降低 --epoch。

我同学将 --epoch 设为100次,–batch-size设为3才成功。
–epoch建议尽量在100次往上吧

重复训练的话,你也许需要将这两个缓存清除掉。

在这里插入图片描述

5. 训练可视化

训练时或者训练后可以利用 tensorboard 查看训练可视化

tensorboard --logdir=runs

与训练一样,进入pytorch环境,进入yolov5文件夹执行。

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

六. 检测效果

python detect.py --source 0  # webcam  自带摄像头file.jpg  # image 图片file.mp4  # video 视频path/  # directorypath/*.jpg  # glob'https://youtu.be/NUsoVlDFqZg'  # YouTube'rtsp://example.com/media.mp4'  # RTSP, RTMP, HTTP stream

我们使用刚刚训练出的最好的模型 best.pt 来测试,在yolov5目录下的 runs/train/exp/weights 。

 python detect.py --weights runs/train/exp/weights/best.pt --source ../data/video/tram.mp4

../ 代表当前目录的上一级目录

测试结果保存在 yolov5/runs/detect 目录下

请添加图片描述

七. 模型评估与推理

这个就请查看第一个参考链接了,我就不说明了,注意下版本问题哈

八. 参考链接(感谢)

有帮助的话,不求一键三连,点个赞还是可以的吧,笔芯

这些问题都是在我朋友身上遇到的,各种纷杂问题都有,这里只保留了部分问题。

来源地址:https://blog.csdn.net/qq_45945548/article/details/121701492

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