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摘要:針對(duì)目前計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在各行業(yè)的廣泛應(yīng)用,為深入探究其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及發(fā)展現(xiàn)狀,從計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)概述開(kāi)始分析,對(duì)其各類(lèi)技術(shù)進(jìn)行介紹,并簡(jiǎn)要分析其優(yōu)勢(shì)特點(diǎn),進(jìn)而對(duì)其應(yīng)用過(guò)程進(jìn)行分析闡述,并重點(diǎn)討論該技術(shù)在各領(lǐng)域的具體應(yīng)用。分析表明,計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)顯著,在各行業(yè)實(shí)踐應(yīng)用方面發(fā)揮著極其重要的作用,有助于對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域以及未來(lái)發(fā)展前景提供一個(gè)總體性認(rèn)識(shí)。
關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)圖像處理;技術(shù)概述;技術(shù)優(yōu)勢(shì);應(yīng)用領(lǐng)域;發(fā)展前景
中圖分類(lèi)號(hào):TP391? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1009-3044(2022)35-0010-04
1 引言
在信息時(shí)代快速發(fā)展的背景下,計(jì)算機(jī)技術(shù)在行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷延伸,為各行業(yè)人員提供幫助,降低工作難度,提高效率。與此同時(shí),在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,網(wǎng)民基數(shù)倍增,各種各樣的海量數(shù)據(jù)信息也隨之而來(lái)。當(dāng)然,這些信息不都是有用的,里面也不乏一些冗余無(wú)用的信息,計(jì)算機(jī)處理這些冗余信息不免會(huì)降低運(yùn)行效率,浪費(fèi)可用資源。對(duì)此,圖像處理作為計(jì)算機(jī)技術(shù)非常重要的學(xué)科分支之一,并作為一項(xiàng)比較先進(jìn)的處理技術(shù),對(duì)數(shù)據(jù)信息的優(yōu)化具有不可輕視的優(yōu)勢(shì)地位。此技術(shù)可對(duì)圖像信息進(jìn)行識(shí)別處理,在處理質(zhì)量和處理效率方面具有很大優(yōu)勢(shì),并且處理過(guò)程方便快捷,同時(shí)可滿(mǎn)足人們對(duì)圖像的特殊處理需求。由于技術(shù)的優(yōu)勢(shì)突出,圖像處理在各領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,例如醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、交通領(lǐng)域、司法領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域等。
2 計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)概述
圖像處理具有交叉學(xué)科的性質(zhì),一般的圖像處理是通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)輸入圖像進(jìn)行特定處理,然后得到輸出圖像。在此過(guò)程中,需要用到各種技術(shù),主要技術(shù)見(jiàn)下文。
2.1 圖像濾波
圖像在處理過(guò)程中會(huì)不可避免地產(chǎn)生噪點(diǎn)或失真的情況,導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降[1]。此時(shí)就需要對(duì)圖像進(jìn)行濾波操作,主要在保證圖像自身特征的情況下對(duì)其進(jìn)行噪聲控制??衫闷交幚淼姆椒ǎ捎煤?jiǎn)單平均法計(jì)算,將像素點(diǎn)周?chē)幕叶戎颠M(jìn)行平均計(jì)算,但所選區(qū)域大小會(huì)影響平滑效果,區(qū)域不宜過(guò)大也不宜過(guò)小,應(yīng)注意。同時(shí),可利用“均值”或“中值”的濾波操作方法對(duì)其進(jìn)行去噪操作,將圖像的像素信號(hào)按照灰度值進(jìn)行排序[2],將均值或中間值作為灰度值替換,從而實(shí)現(xiàn)去噪,提高圖像質(zhì)量。處理前后對(duì)比如圖1所示[1]。
2.2 圖像增強(qiáng)
圖像增強(qiáng)技術(shù)旨在突出圖像的重點(diǎn),同時(shí)弱化瑕疵。在過(guò)程中可能會(huì)用到銳化、濾鏡等技術(shù),通過(guò)相關(guān)軟件可對(duì)圖像的色彩以及清晰度等方面進(jìn)行增強(qiáng),例如可將黑白圖像轉(zhuǎn)化為彩色圖像,增加顏色飽和度,采用銳化技術(shù)增加圖像對(duì)比度,借助邊緣銳化技術(shù)使圖像更加清晰,能夠結(jié)合視覺(jué)和光覺(jué)效應(yīng),使圖像更加清晰,更加添具色彩沖擊感。增強(qiáng)效果如圖2所示,增強(qiáng)處理后白斑區(qū)域邊緣更加清晰,利于觀察。
2.3 圖像修復(fù)
在外界因素的干擾下,圖像可能存在質(zhì)量下降或者模糊不清的情況,也就是與正常圖像相比圖像受損,此時(shí),就需要通過(guò)圖像修復(fù)技術(shù)對(duì)受損圖像進(jìn)行修復(fù)。在進(jìn)行圖像修復(fù)前,一個(gè)重要的環(huán)節(jié)就是首先確定圖像受損的原因,明確受損原因后,充分利用修復(fù)技術(shù)對(duì)圖像受損位置進(jìn)行復(fù)原,對(duì)受損位置建立合適模型,并利用適當(dāng)?shù)乃惴ūM可能地對(duì)圖像進(jìn)行修復(fù)操作,保證圖像質(zhì)量下降和模糊的因素消除。
2.4 圖像編碼壓縮
當(dāng)圖像占據(jù)存儲(chǔ)空間較大容量時(shí),可以采用編碼壓縮的方式降低圖像所占容量,并且可以將其中的冗余數(shù)據(jù)去除,編碼壓縮后,由于容量變小,圖像傳輸?shù)男蕰?huì)大大提高,同時(shí),選用恰當(dāng)?shù)膱D像編碼壓縮方式,并不會(huì)對(duì)圖像本身質(zhì)量造成損害。目前,圖像編碼壓縮的主要方法有MPEG、JPEG等[1],其壓縮處理過(guò)程如圖3所示。
2.5 圖像分割
圖像分割的技術(shù),目的在于將所需要的區(qū)域分離出來(lái),以便更好地進(jìn)行圖像識(shí)別、圖像分析和圖像理解?;谶吘壍姆指?、基于區(qū)域的分割和基于紋理的分割等都是圖像分割常用的方法[3]。倘若想針對(duì)某一確定邊緣或區(qū)域進(jìn)行分析,就可以通過(guò)圖像分割技術(shù)將其分離出來(lái),這樣,便可以提高效率并提高分析的準(zhǔn)確性。
2.6 圖像識(shí)別
圖像識(shí)別,顧名思義,就是對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別分析,并提取其特征信息,據(jù)此將圖像進(jìn)行分類(lèi)[4]。在圖像識(shí)別之前,圖像一般需要經(jīng)過(guò)預(yù)處理操作,例如對(duì)圖像進(jìn)行降噪、增強(qiáng)、邊緣處理等操作。圖像識(shí)別常用的方法有統(tǒng)計(jì)圖像識(shí)別方法、結(jié)構(gòu)圖像識(shí)別方法和模糊圖像識(shí)別方法。
3 計(jì)算機(jī)圖像處理的優(yōu)勢(shì)
3.1 再現(xiàn)性好
對(duì)于經(jīng)過(guò)圖像處理的圖像,需要保障這些圖像原有的特征并不會(huì)由于處理后而消失或者受損。無(wú)論是圖像濾波、圖像增強(qiáng),還是圖像編碼壓縮等技術(shù)都可以確保其基本特征信息不被破壞,對(duì)其進(jìn)行有效處理,可以很好地保證圖像的質(zhì)量不受任何干擾。因此,計(jì)算機(jī)圖像處理具有良好的再現(xiàn)性,可以確保圖像經(jīng)過(guò)處理后原有特征會(huì)被破壞。
3.2 精確性高
目前,計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)發(fā)展迅速,可以同時(shí)處理多張圖像,并且在處理精度上相較于傳統(tǒng)的人工處理更加精確。這是由于圖像處理可以將圖像進(jìn)行數(shù)字化,并且計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度極快,完全可以滿(mǎn)足圖像處理的需求。反觀傳統(tǒng)的人工圖像處理,在處理速度上遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上計(jì)算機(jī)圖像處理,并且針對(duì)圖像中的不易被發(fā)現(xiàn)的特征,人工往往會(huì)忽略。然而,傳統(tǒng)的人工圖像處理并不完全劣于計(jì)算機(jī)圖像處理,由于人工存在主觀性,可以對(duì)圖像進(jìn)行特定處理。在這一點(diǎn)上,可以通過(guò)優(yōu)化計(jì)算機(jī)圖像處理算法,以便達(dá)到更好的圖像處理效果。
3.3 處理速度快
在處理速度方面,由于人們平時(shí)會(huì)接收到大量信息,其中不乏一些冗余無(wú)用的信息。人們追求方便快捷,對(duì)處理速度方面要求很高,對(duì)此,計(jì)算機(jī)圖像處理恰好可以滿(mǎn)足人們對(duì)處理速度的需求。在精確性?xún)?yōu)勢(shì)中也提到計(jì)算機(jī)圖像處理可以將圖像進(jìn)行數(shù)字化,同時(shí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度極快,綜合這兩個(gè)方面,計(jì)算機(jī)圖像處理在處理速度方面優(yōu)勢(shì)明顯。
4 計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程
在了解了計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)后,其應(yīng)用過(guò)程也是一個(gè)很重要的方面。計(jì)算機(jī)圖像處理的應(yīng)用過(guò)程一般包括四個(gè)方面:獲取圖像信息、圖像預(yù)處理、特征抓取、分類(lèi)圖像信息。在獲取圖像信息階段,主要通過(guò)計(jì)算機(jī)和各種傳感器來(lái)獲取信息,然后將所獲取信息進(jìn)行數(shù)字化,有助于計(jì)算機(jī)后續(xù)的分析處理;獲取圖像信息后,就需要對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理,該操作目的在于從大量的信息中提取具有價(jià)值的信息,將那些冗余無(wú)用的信息剔除,然后將所提取信息傳給圖像識(shí)別模塊進(jìn)行識(shí)別處理;在特征抓取階段,目的在于滿(mǎn)足人們對(duì)指定特征的需要。例如,在交通領(lǐng)域,倘若駕駛員在駕駛汽車(chē)的過(guò)程中,存在某些違法行為,此時(shí)就需要針對(duì)駕駛員的特征進(jìn)行抓??;特征抓取后,需要對(duì)圖像信息進(jìn)行分類(lèi),當(dāng)然,分類(lèi)需要遵循特定規(guī)則,例如,駕駛員的違法行為,可以根據(jù)駕駛員不同的違法行為進(jìn)行分類(lèi),分類(lèi)圖像信息的目的在于將獲取的大量特征信息進(jìn)行分析整理,能夠更好地展現(xiàn)出計(jì)算機(jī)圖像處理的優(yōu)勢(shì)。
5 計(jì)算機(jī)圖像處理的具體應(yīng)用領(lǐng)域
5.1 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用
醫(yī)學(xué)的發(fā)展離不開(kāi)新時(shí)代新技術(shù)的支持,計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步對(duì)其產(chǎn)生的影響不可忽視,以往在醫(yī)學(xué)方面遇到的難題,通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)便可以很好地解決。其中,計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用極為廣泛[5],為醫(yī)生更好地判斷患者病情提供巨大幫助,極大地推動(dòng)了醫(yī)學(xué)的發(fā)展,例如CT、B超、X光等。在CT應(yīng)用中,圖像質(zhì)量對(duì)CT影像質(zhì)量極為關(guān)鍵[6],因而,利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)對(duì)其進(jìn)行圖像處理的優(yōu)勢(shì)就顯得更加明顯,倘若CT影像質(zhì)量很差,醫(yī)生判斷患者病情的準(zhǔn)確性就會(huì)大大下降,甚至?xí)?dǎo)致病情判斷錯(cuò)誤,造成嚴(yán)重后果。對(duì)此,發(fā)揮好計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就顯得尤為重要,對(duì)圖像進(jìn)行有效處理,增強(qiáng)圖像對(duì)比度,優(yōu)化圖像密度,為醫(yī)生的判斷提供更好的幫助。在B超應(yīng)用中,一般來(lái)說(shuō),B超圖像很容易受到噪聲的干擾,導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降,通過(guò)計(jì)算機(jī)圖像處理的技術(shù)對(duì)其進(jìn)行有效的降噪操作,能夠很好地降低噪聲對(duì)圖像的干擾,如此,便可提高醫(yī)生分析圖像的效率,并提高對(duì)患者病情判斷的準(zhǔn)確性。若能夠進(jìn)一步優(yōu)化該技術(shù),可以借助計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)幫助醫(yī)生診斷病情,再結(jié)合醫(yī)生自身的主觀性,準(zhǔn)確性會(huì)大大提高。當(dāng)然,該技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的其他方面也有很好的運(yùn)用,如超聲圖像、體視化技術(shù)、內(nèi)窺鏡、核磁共振等各方面均發(fā)揮著重要作用。
5.2 交通領(lǐng)域的應(yīng)用
計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)應(yīng)用于交通領(lǐng)域時(shí)可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。在計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)早期應(yīng)用階段,主要用于信息采集,車(chē)輛識(shí)別等。通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的不斷優(yōu)化與交通智能化的不斷推進(jìn),該項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)越發(fā)明顯[7]。通過(guò)在道路口安裝監(jiān)控及拍攝設(shè)備,可以將駕駛員的違規(guī)駕駛行為進(jìn)行拍攝留存,并通過(guò)計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行有效處理,準(zhǔn)確判斷駕駛員如何違規(guī)駕駛,在降低交通違規(guī)率方面發(fā)揮了極其重要的作用。在輔助駕駛方面,利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù),圖像經(jīng)過(guò)有效處理后,可以實(shí)時(shí)判斷路況信息,當(dāng)汽車(chē)遇到可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)時(shí),系統(tǒng)可以自動(dòng)判斷危險(xiǎn)信息,并將危險(xiǎn)信號(hào)提前告知駕駛?cè)藛T,避免車(chē)輛發(fā)生交通事故,最大程度上保證駕駛?cè)藛T的安全問(wèn)題。近年來(lái),自動(dòng)駕駛技術(shù)被大力提倡,若能將該技術(shù)普遍推廣,可以降低疲勞駕駛率,從而有效避免可能發(fā)生的交通事故。自動(dòng)駕駛技術(shù)中,計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的作用不容忽視,在車(chē)輛行駛過(guò)程中,需要隨時(shí)判斷交通路況,并監(jiān)測(cè)路況信息,以更好地遵守交通規(guī)則,并防止交通事故的發(fā)生。倘若圖像處理粗糙,處理速度較慢,就會(huì)增加車(chē)輛對(duì)交通判斷的錯(cuò)誤率,由此看來(lái),計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的處理速度快和精確度高就顯得尤為重要。
5.3 司法領(lǐng)域的應(yīng)用
在司法領(lǐng)域,計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)發(fā)揮著極大的作用,為公安機(jī)關(guān)在案件偵破方面提供強(qiáng)有力的幫助,增加了公安機(jī)關(guān)的破案率[8]。目前,監(jiān)控覆蓋率大大提高,在重點(diǎn)公共區(qū)域甚至達(dá)到100%,但即使監(jiān)控覆蓋率達(dá)到100%,由于環(huán)境等因素也會(huì)導(dǎo)致圖像不清晰,從而無(wú)形地增加了案件偵破難度。利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù),對(duì)不清晰的監(jiān)控圖像進(jìn)行有效處理,提高圖像的清晰度以及對(duì)比度,精確識(shí)別作案人員的外貌信息,從而確定作案人員的身份信息,對(duì)案件偵破提供有效幫助。當(dāng)遇到圖像信息受損或者圖像信息缺失,導(dǎo)致無(wú)法得到關(guān)鍵信息時(shí),通過(guò)計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行修復(fù),使得圖像信息完整,得到缺失的關(guān)鍵信息。
5.4 軍事領(lǐng)域的應(yīng)用
以往定位目標(biāo)以及觀測(cè)目標(biāo)信息使用人工觀測(cè),不僅在精確性上不占優(yōu)勢(shì),而且在速度方面也會(huì)花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間。隨著計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)以及遙感技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步,通過(guò)遙感圖像,可以精確定位目標(biāo)位置及其他所需信息[9]。由于目前使用無(wú)人偵察機(jī)來(lái)拍攝圖像信息,在實(shí)際情況中,不免會(huì)受到天氣、地形以及其他可能出現(xiàn)的因素影響,導(dǎo)致圖像質(zhì)量嚴(yán)重下降,對(duì)目標(biāo)信息獲取的精確性也會(huì)嚴(yán)重下降,對(duì)此,計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)通過(guò)圖像增強(qiáng)、圖像修復(fù)、圖像分割等技術(shù)可以有效消除由于天氣、環(huán)境等因素導(dǎo)致的圖像受損情況。另外,在軍事演習(xí)以及日常訓(xùn)練中,計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在觀測(cè)地形信息也發(fā)揮著不可替代的作用,通過(guò)圖像處理技術(shù)有效消除圖像質(zhì)量的受損影響,使圖像更加清晰,以達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)的效果。
5.5 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用
近年來(lái),我國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展迅速,計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在其中發(fā)揮了推動(dòng)作用。在農(nóng)作物生長(zhǎng)期間,通過(guò)無(wú)人機(jī)對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)情況進(jìn)行拍攝記錄,并通過(guò)計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別,對(duì)圖像質(zhì)量較差的圖像進(jìn)行降噪以及修復(fù)處理,以此消除不良影響。對(duì)圖像處理后,通過(guò)對(duì)圖像農(nóng)作物信息特征進(jìn)行提取并分析,通過(guò)對(duì)特征的分析判斷農(nóng)作物的生長(zhǎng)狀況并預(yù)測(cè)其生長(zhǎng)趨勢(shì)[10]。另外,在農(nóng)作物生長(zhǎng)階段,可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境,例如,監(jiān)測(cè)田間病蟲(chóng)害情況,通過(guò)圖像識(shí)別分析,判斷蟲(chóng)害是否對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生較大影響,進(jìn)而判斷是否需要對(duì)病蟲(chóng)害采取措施進(jìn)行防治,這樣可以大大減少人力、財(cái)力、物力。其二,我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化不斷推進(jìn),在農(nóng)業(yè)采摘階段,通過(guò)機(jī)器進(jìn)行采摘,在過(guò)程中,通過(guò)拍攝圖像信息,并對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別、處理、分析,判斷農(nóng)作物是否成熟,進(jìn)而控制機(jī)器對(duì)其是否進(jìn)行采摘,在此階段,可以大大減少體力勞動(dòng),提高生產(chǎn)效率。
6 計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的發(fā)展前景
信息技術(shù)不斷發(fā)展,人類(lèi)社會(huì)不斷進(jìn)步,對(duì)計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的需求會(huì)越來(lái)越高。發(fā)展計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)旨在為社會(huì)作出更大貢獻(xiàn),要想讓其應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大,充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)是關(guān)鍵。該技術(shù)的未來(lái)前景應(yīng)該繼續(xù)優(yōu)化并擴(kuò)大其優(yōu)勢(shì)面,例如,在精確性方面,應(yīng)該朝著對(duì)圖像處理清晰度更高,能夠?qū)Ω⒃膱D像區(qū)域處理方面發(fā)展,以便以后能夠應(yīng)用于需要微觀操作的領(lǐng)域。其二,在處理速度方面,人們普遍使用信息技術(shù)獲取信息,海量數(shù)據(jù)出現(xiàn)在人們面前,其中不乏冗余無(wú)用信息,對(duì)計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的處理速度有著更大的需求,對(duì)此,應(yīng)該重視對(duì)圖像處理的速度以及傳輸方面的發(fā)展。其三,未來(lái)計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)會(huì)應(yīng)用于更廣的領(lǐng)域,對(duì)于不同領(lǐng)域需要用到不同算法,因而需要對(duì)其算法進(jìn)行優(yōu)化更新,以便各領(lǐng)域能夠更好地應(yīng)用該技術(shù)。
7 結(jié)束語(yǔ)
計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)的重要學(xué)科分支之一,其技術(shù)優(yōu)勢(shì)顯著,在各領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,推動(dòng)了行業(yè)發(fā)展以及社會(huì)進(jìn)步,對(duì)人們工作生活作出了巨大貢獻(xiàn),同時(shí)進(jìn)一步推動(dòng)了信息化處理應(yīng)用與人類(lèi)社會(huì)的快速發(fā)展?,F(xiàn)代信息技術(shù)不斷發(fā)展,各行業(yè)對(duì)信息化、機(jī)械化的要求不斷提高,為進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在各行業(yè)的應(yīng)用成效,需要對(duì)該技術(shù)的發(fā)展更加成熟,同時(shí)在應(yīng)用過(guò)程中,加強(qiáng)與其他技術(shù)的結(jié)合使用,才能更好地發(fā)揮其優(yōu)勢(shì),促進(jìn)社會(huì)行業(yè)發(fā)展。
參考文獻(xiàn):
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