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Sensores Aerotransportados de Leica Geosystems

ADS80 – Sensor de Barrido Multiespectral

ALS60 – Sensor LiDAR con Multipulso en el Aire

Presentado por: Guillermo M. Gallo Andersson Gerente de Ventas para Latinoamérica y El Caribe

Mayo 2009

Contenido

Introducción de Leica Geosystems

Sensor ADS80 de Barrido Multiespectral

Intermedio…

Sensor LIDAR ALS60

Evolución de Leica GeosystemsLa historia de Leica Geosystems se remonta al siglo XIX

1819

2001

Acquisition of Kern

Acquisition of GPS-Magnavox (US)

Acquisition by Investcorp (LBO)

Acquisition of ERDAS, Cyra, Laser Alignment and LH SystemsMerger of Wild (CH) and Leitz (D)

to form Wild-LeitzHans Hess becomes CEO, new management team appointed

Merger of Wild-Leitz with Cambridge Instruments to form Leica

Inception of Leica GeosystemsFormation of LH Systems(50-50 JV with BAE SYSTEMS)

Foundation of Kern in Aarau, Switzerland

1921

1986

1988

1990

1994 1997

19981996

2000

Foundation of Wild in Heerbrugg, Switzerland

2005

98% Acquisition by Hexagon, Sweden. Leica is removed from the Swiss stock exchange.

Las cámaras aéreas métricas se han usado desde los años 20

Wild Heerbrugg (ahora Leica Geosystems) produjo cámaras aéreas en la misma fábrica de Suiza desde 1920 a la fecha.

Wild C2 – Circa 1925

f 165 mm, placa de vidrio 10 x 15 cm

Tradición en Cámaras Aéreas

Casa matriz en Heerbrugg Suiza

Un Poco de Historia

Entre las dos Guerras Mundiales:• El formato típico fue de 18cm x 18cm, • Medio de soporte placa de cristal y luego película

Luego de la Segunda Guerra Mundial:• Se estandariza el formato de película de 23cm x 23cm (9“ x 9“)

Avances Tecnológicos entre 1956 y 1992:• Lentes Gran Angular• Controles de cámara Electrónicos con Microcircuitos• Compensación de los Movimientos de la Imagen (FMC) y angular

Evolución de las Cámaras Wild / LeicaCámaras aéreas producidas por Wild Heerbrugg entre 1935 y 1993

# Modelo LanzadoProducido

HastaUnidades Vendidas

Características

1 C1 1925 ? f =165mm

2 C2 1927 1944 50 f = 165mm, 10 x 15cm, 13 x 13cm placas de cristal, cámara de mano o con suspensión para dos cámaras convergentes

3 C3 1929 1 prototipo f =165mm

4 RC3 1937 1941 ? f =210mm, f/4.5, 18 x 18 cm

5 RC5/RC5a 1944 1956 130 f =120/210mm, 18 x 18 cm

6 RC7/RC7a 1949 1972 15 f = 170mm, 14 x 14cm, cámara automática de placas de cristal.

7 RC6 1951 1955 ? f =165mm, 12.8 x 12.8cm

8 RC8 1956 1972 382 f = 115/152/210mm, formato 18 x 18cm (placas de cristal) y 23 x 23cm (película)

9 RC9 1958 1972 100 f = 88mm, f/5.6, medio formato

10 RC10 1969 1984 380 f = 88/153/210/303mm

11 RC10a 1982 1988 64 Igual a la RC10 con controles de microelectrónica

12 RC20 1987 1993 138 Igual a la RC10A, pero con FMC

13 RC30 1992 2007 > 365 Igual que la RC20 pero con suspensión Giro-estabilizada

Evolución de las Cámaras Wild / Leica

MicroMicroMicrometersMicrometers

Tecnologías de Medición del Micro al Macro

MacroMacroMillimetersMillimeters MetersMeters

El Portafolio de Sensores Aéreos Leica

Sensores de Imagen Sensores LIDARSistemas AuxiliaresEstandarizados

Planificación de la Misión

Control en Vuelo

Sistema inercial+GPS dePosición y Actitud del Sensor

Base De Montura

ALS60

ALS CM

ADS SH82

RCD100

ADS SH81

El Unico Proveedor con una gama completa de Cámaras Y LIDAR

RCD105

Los Sensores Aerotransportados Actuales

LIDAR ALS60Con Multipulso en el AireSensor ADS80

3ra Generación

ADS80 Sensor Digital 3ra Generación introducida en Julio 2008

ALS60 Sensor LIDAR 3ra Generación con MPiA - introducida en Julio 2008

IPAS20 - Sistema de Posición y Actitud Inercial+GPS – 2da Gen. – Julio 2008

RCD105 – Cámara Digital de Cuadro 39MP para LIDAR - Introducida Abr. 2008

RCD100 - Cámara Digital de Cuadro 39MP - Introducida Abr. 2009

IPAS20

RCD100

RCD105

Introducción al Sensor ADS80 3ra GeneraciónAerotransportado Digital

Preparado por: Guillermo M. Gallo Andersson Gerente de ventas para Latinoamérica y El Caribe - Julio 2008

Cámara Fotográfica a Sensor Digital

ADS40ADS40

2001

ADS40 ADS40 SH 51 & SH52SH 51 & SH52

2006Desde los años 50s

RC seriesRC series

2008 – Otro gran avance

= la solución más completa para la

Captura de Imagen Aerea Digital Captura de Imagen Aerea Digital

+ +SH81 / SH82 CU80 / MM80 Leica XPro

Leica ADS80 (3ra Generación)

Conceptos de Imagen diferentes entre ADS80 y RC30

Fotografías superpuestas

Vista anterior

Vista vertical

Vista posterior

Imágenes de barrido contínuoImágenes de perspectiva

discreta

Sensor Digital Aerotransportado ADS80

Cámara Aérea AnálogaRC30

Concepto de barrido de tres líneas para la Estereoscopía

Compuesta de líneas de vista posterior

Compuesta de líneas de vista vertical

Compuesta de líneasde vista anterior

Escena posterior Escena vertical Escena anterior

Posterior

Vertical

Anterior

ADS80 Airborne Digital Sensor 3rd Generation Colección de datos pancromáticos, RGB y NIR

ADS80 Airborne Digital Sensor 3rd Generation Imágenes Digitales de Calidad Insuperable

El único sensor de alta resolución sin error de registro entre todas sus bandas

Estereoscopía continua de alta resolución nativa a color e infrarrojo.

Imágenes de la más alta calidad para cartografía y percepción remota.

5 bandas multiespectrales corregistradas con la misma resolución original.

Imagen – NIR & RGB Puerto de Romanshorn Suiza Altura de vuelo 1000 m GSD: 10 cm

ADS80 Airborne Digital Sensor 3rd Generation Mayor Sensibilidad

CCD 4x veces más sensible que la primera generación.

Permite vuelos más rápidos con mejor calidad de imagen.

Más horas de vuelo, temporadas más largas.

Colección de datos en días nublados.

Imagen

Wörthsee, Germany

Altura de vuelo 2000m

GSD: 20 cm

ADS80 Airborne Digital Sensor 3rd Generation Imágenes RGB y Falso Color de Alta Resolución

Lente única y plano focal con 12 líneas CCD. Tetracroide para el corregistro de bandas espectrales.

ADS80 Airborne Digital Sensor 3rd GenerationConfiguración del Plano Focal SH82

2 x Green2 x Blue2 x NIR

12,000 pixels

2 x Red2 x Green

2 x Blue2 x NIR

4 x Panchromatic

1 pixel

4 líneas CCD pancromáticas dos líneas de 12,000 píxeles, una línea doble 2 x 12,000 píxelesdesplazadas 3.25 m para modo de alta resolución

2 x 4 líneas CCD multiespectrales de 12,000 píxeles

Tamaño del píxel: 6.5 m x 6.5 m

Campo visual (FOV) ó ángulo de barrido: 64°

Distancia focal: 62.77 mm

Angulos estéreo: 16°, 26°, 42°

ADS80 Airborne Digital Sensor 3rd Generation

SH82 Sensor Head

Dispositivo óptico para

corregistrar el pixel RGB y

NIR.

Separadores dicroicos de

haces en cascada.

Preserva la energía

mediante filtros metálicos

de interferencia.

Localizado entre la óptica

y los CCDs

CCD Triplet

Reflectancia del pixel en el

terreno

Lente

Tet

racr

oid

e

CCD

ADS80 Airborne Digital Sensor 3rd Generation Dispositivo Tetracroide separador de bandas

Imágenees perfectamente co-registeradas R,G,B,N

Todas las bandas adquiridas a la misma resolución nativa

Imágenes RGB y RGN de la misma resolución que las tres imágenes pancromaticas.

No requiere Pan-sharpening

Geo-referenciado directo de todas las imágenes gracias al acople rígido de IMU, Plano focal, Tetracroide y Optica

Beneficios del Nuevo Tetracroide

Imagen de 5 bandas co-registradas

ADS80 Airborne Digital Sensor 3rd Generation Alta Resolución

El ADS80 permite registrar pixeles de 3 cm nativos en RGB e Infrarrojo en forma directa.

Un estudio de mercado reciente muestra que la demanda de resoulciones se distribuye de la siguiente manera:

GSD 5 a 10 cm: 25%

GSD 10 a 20 cm: 45%

GSD 20 a 30 cm: 25%

GSD 30 a 50 cm: 5%

Imagen de 5 cm GSD (ampliada 16x)

ADS80 Airborne Digital Sensor 3rd Generation 5cm GSD - Imagen tomada a 90 nudos – Sep. 2006

Calidad de la Orientación ExteriorSitio de prueba: Romanshorn – (Julio 2007) GSD: 5, 10, 20 cm

ADS80 Airborne Digital Sensor 3rd Generation

Evaluación de la SensibilidadVuelo de Prueba en Día Nublado Mediciones del

luxómetro el día de la prueba

Fecha: 1 Nov. 2006

Latitud: 47°N

Hora: 3:20 p.m.

Angulo solar: 13°

Lux = 9000

Angulo solar equivalente: 8°

Sun 061031

0

5000

10000

15000

20000

25000

13:55:12 14:24:00 14:52:48 15:21:36 15:50:24 16:19:12 16:48:00 17:16:48

Time

Illu

min

ance

[lx]

Series1

Series2

ADS80 Airborne Digital Sensor 3rd Generation GSD 5cm RGB & NIR @ 140 nudos con 9000 lux

Fecha: 1 Nov. 2006 / 3:20 p.m.

Latitud: 47° Norte

Velocidad: 140 Nudos

Angulo solar: 13°

Cielo: Totalmente cubierto

Angulo solar equivalente: 8°

IMAGENES ORIGINALES SIN PAN-SHARPENING NI TRATAMIENTO!

Calibración Radiométrica en Laboratorio

Esfera de calibracióncon lámpara de Tugsteno

Corrección espectralcon LEDs azules

Certificación del USGS

Cumpliendo con el Plan de Aseguramiento de Calidad del USGS para Imágenes Aéreas Digitales, el sistema ADS80 obtubo la certificacion del USGS para sus tres modelos de sensor:

SH40

SH51

SH52

SH81

SH82

Sensor ADS80 3ra GeneraciónBase Giroestabilizada PAV80

Base giroestabilizada de alta eficiencia

Más responsiva Más compacta Soporta múltiples tipos de

sensores Control de deriva automática con

conexión al IPAS20 del sensor Roll +/- 7° Pitch +/- 8° Deriva +/- 30°

ADS80 Airborne Digital Sensor FPES – Software para planear y ejecutar la misión

ADS80 Airborne Digital Sensor FCMS – Software para el control del sistema

ADS80 Airborne Digital Sensor Flujo de trabajo completo de la adquisición al producto final

Flujo de Trabajo ADS80 – Procesamiento en Tierra

Flujo de Trabajo ADS80 – Plan de Vuelo y Ejecución

GPro – Proceso Distribuido De Datos

GPro Puede Distribuir tareas de Rectificación, Minification y

APM en un arreglo de CPUs esclavos conectados en red Preparación y administración sin complicaciones

Nodo de Aplicación

Despachador

GPro

Nodo de Control

Nodo deAplicación

Nodo deAplicación

Nodo deAplicación

Tiempo de Postproceso (2007)

Flight

Download

Geo-referencing

Aerial triangulation

Ortho photo

Feature extraction

Fly-through

2,400 km2, 20cm GSD30 lines, each 40 km, 3 Pan and 4 MSApproximately 8 h flight at 130 knots

Trajectory calculationgeo-referencing of L0 images

Automatic Point MeasurementBundle Adjustment

RGB or FCIR 2,400 km2 (927 sq.mi)

Due to image strips slightly faster than in traditional workflow

230 GB ADS data format = 940 GB image data

Workstations

Similar to traditional workflow

2 h2 h

4 h

8 h12 h

44 h

single eight

72 h

User action

time

1.5 h0.5 h

0.5 h

0.5 h 5 h

1.5 h

9.5 h

2 h2 h

4 h

3 h12 h

6 h

29 h

Total time

HEPC - Centro de Procesamiento de Alta Eficiencia Red de alta capacidad y sistema de almacenamiento confiable y eficiente

Multi-Gigabit

Dedicated data processing Network

External Network

10/100/1000 MBPS

GIGABIT General purpose Network

Workstation 1GPRO + ORIMA + Condor + LPS

Download and Processing

Future Expansion

Gigabit Switch

Multiprocessing / Storage Rack

• Slave servers for condor(*)

• 20+ TB NAS RAID 5

• Redundant storage controller

• File server / centralized admin.

• Tape backup unit

• Power conditioning (UPS)

Printer

MM40

MM40Plotter

MM40

Portable workstation

Field Operation at Project SiteDownload, verification, dispatch to main office

Removable Drives

Switch

(*) Condor is a distributed processing application for orthophoto production

Configuración del Rack HEPC Unidad multiproceso con servidor de almacenamiento, backup y capacidad de

crecimiento a largo plazo, con redundancia para alta confiabilidad de los datos.

Tape Backup Unit 12TB on line

(30 x 400GB LTO-3 tapes)

FIBRE SWITCH (inside rack)

File & Backup Server

Slave CPU CONDOR 1

Slave CPU CONDOR 2

Slave CPU CONDOR 3

Slave CPU CONDOR 4

Slave CPU CONDOR 5

Slave CPU CONDOR 6

Raid controller 1

Raid controller 2

RAID Enclosure 24TB

OPTIONAL Second RAID Enclosure

(Expansión futura hasta 400TB)

UPS Power conditioning

Hard Disc Enclosures

Slave processors

Storage controllers

File & backup server

Tape Backup Unit

Power conditioning

2nd enclosure is Optional.

Segmentos de Aplicación del Sensor LEICA ADS80

Segmentos de Aplicación del Sensor ADS80

ADS80 – Eficiente en Toda la Gama de EscalasDirect Digital Map Standard Digitized Film Photographs

Average GSD with ADS80

Map Scale X - Y

Accuracy RMSE

Contour Interval

Photo Scale Pixel Size on

Ground of Scanned Film

5 - 10 cm 1 : 500 0.125 m 0.25 m 1 : 3,000 to 1 : 5,500 2.5 - 5 cm

10 - 15 cm 1 : 1,000 0.25 m 0.5 m 1 : 5,000 to 1 : 8,000 5 - 7.5 cm

15 - 20 cm 1 : 1,500 0.40 m 0.75 m 1 : 6,500 to 1 :10,000 7.5 - 10 cm

20 - 30 cm 1 : 2,000 0.50 m 1m 1 : 8,000 to 1 : 11,000 10 - 15 cm

25 - 35 cm 1 : 2,500 0.60 m 1.25 m 1 : 8,500 to 1 : 13,000 12.5 - 17.5 cm

30 - 50 cm 1 : 5,000 1.25 m 2.5 m 1 : 12,000 to 1 : 18,000 15 - 25 cm

40 - 60 cm 1 : 10,000 2.50 m 5m 1 : 17,000 to 1 : 27,000 20 - 30 cm

50 - 70 cm 1 : 20,000 5.00 m 10 m 1 : 25,000 to 1 : 35,000 25 - 35cm

50 - 80 cm 1 : 25,000 6.25 m 12.5 m 1: 28,000 to 1 : 42,000 25 - 40 cm

50 - 100 cm 1 : 50,000 12.5 m 20 m 1 : 40,000 to 1 : 60,000 25 - 50 cm

50 - 100 cm 1 : 100,000 25 m 50 m 1 : 60,000 to 1 : 90,000 25 - 50 cm

2x Tamaño de Píxel = ¼ Tamaño de Archivos para la misma precisión

cartográfica

2x Tamaño de Píxel = ¼ Tamaño de Archivos para la misma precisión

cartográfica

Metodologías de trabajo con el Sensor ADS80

Calidad de la orientación externa obtenida con imágenes del ADS80 para varias tipos de misión basados en imágenes con 20 cm de GSD

Tipo de Misión

Parámetros de la Misión (GSD=20 cm) Calidad Resultante

Datos GPS usados para cálculo de

POS

Estación GPS de

referencia en tierra

Triangulación aérea y ajuste de

bloque

Puntos de

control terrestre

Orientación Relativa

/Precisión

Orientación Absoluta

1 Solución de de código

de navegación solamente.

no

no no10 pixeles /

~60 micrones > 100 cm

2 si no1 pixel /

~6 micrones> 100 cm

3 si si0.5 pixeles / ~3 micrones

< 50 cm

4

Diferencial de fase

si

no no5 pixeles /

~30 micrones < 100 cm

5 si no0.5 pixeles / ~3 micrones

< 50 cm

6 si si0.5 pixeles / ~3 micrones

< 10 cm

Principio de Funcionamiento del Sensor ADS80

Diferencias con la Cámara de Película y con la

Tecnología de Arreglos de Superficie

Terminología

Sensor Digital Aerotransportado ADS80

Cámara aérea análogaRC30, etc.

Area de barrido 2.4 km

Pixel en CCD 6.5 x 6.5 m

Pixel sobre terreno 20x20cm

Tamaño de pixel sobre el terreno, GSD 20 cm

Tamaño de imagen 228 mm x 228 mm

Ejemplo Ejemplo

Huella

2.4 km x 2.4 km

Longitud Focal 153 mm

Escala de Foto 1 : 10,500

Campo visual transversal FoV 64°

Campo visual diagonal 90°

Sensor de Barrido de Tres Líneas



Compuesta de líneas de vista anterior.

Escena Posterior Escena Vertical (nadir) Escena Anterior

Tres escenas registradas simultáneamente en tres canales independientes.

Cobertura de barrido de sensores diferentes en el mismo GSD

Ancho de Área de Barrido

Área de barrido de cámara de arreglo de superficie

4K

Área de barridoADS80 con

líneas de 2x12k CCD

escalonadas

Sensor ADS80

Cámara Digitalde Cuadro Típica

GSD: ~ 20cm

Area de barrido: ~ 2.4 km

Líneas de vuelo: 1

GSD: ~ 20cm

Area de barrido: ~ 0.9 km

Líneas de vuelo: 3

Barrido de Tres Líneas para la Estereoscopía



Compuesta de líneasde vista anterior

Escena posterior Escena vertical Escena anterior

Posterior

Vertical

Anterior

Traslape de Imágenes para Estereoscopía

Todos los objetos son registrados por triplicado

En un vuelo con 60% de superposición solo el 60% de los objetos se encuentran en tres fotografías.

No todos los objetos son registrados tres veces

Sensor Digital ADS80

Cámara Aérea AnálogaRC30

Airborne digital sensor ADS80

Traditional fame camera

Angulo de observación constante

Photograph with central perspective

Flight line with overlapping photographs

Forward view strip

Nadir view strip

Backward view strip

Perspectiva Central Versus Perspectiva Paralela

RC30 RGB image ADS80 PAN Nadir strip portion

“Semi-true” ortofotos

“Semi-true” ortofotos

Constant stereo angle direction

Left eye

Polarized glasses

Nadir pixel carpet with constant viewing angle

Forward pixel carpet with constant viewing angle

Right eye

Respuesta de Sensibilidad del sensor CCD y de la Película

Densidad

El sensor CCD permite medir los valores absolutos de los fotones entrantes con una función de transferencia

lineal.

Señal del Sensor

Intensidad absoluta Iluminación relativa

Sensor digital CCDADS80

Película fotográficaRC30

Sensor CCDADS80

Película fotográficaRC30

Sensibilidad Espectral

Sensibilidad de las emulsiones

Los filtros de interferencia permiten un control preciso de las longitudes de onda y anchos de banda.

Transmisión de los filtros

nm nm

Filtros de InterferenciaUsados en ADS80

Filtros de absorciónusados en cámaras de

arreglo CCD

Características de Transmisión de los Filtros

Bandas sobrepuestas

Sólo los filtros de interferencia son apropiados para las aplicaciones de percepción remota donde la respuesta en las

bandas angostas no sobrepuestas es evaluada

Bandas Bien Diferenciadas

nm nm

Respuesta Espectral de Diversos Materiales

1

Leyendas:

1 Césped

2 Piedra caliza

3 Arena, tierra

4 Nieve vieja

5 Coníferas

6 Asfalto mojado

7 Agua5

6

3

4

2

7

Características de las bandas SH51/SH52

Panchromatic, trapezoidal

Spectral, rectangular BlueNon-overlapping Green Red NIR

Inertial Position and Attitude SystemIPAS from Leica Geosystems

GPS and IPASintegrated in CU80

Operator Interface OI40

IS40 colocates in RC30 Nav-sight installation location

Control Unit CU80

Shock mounted stand aloneor 19" rack mountable

Bands at =50%

Sensor head SH51/52

Fits PAV30 mount

465 nm - 680 nm

428 nm - 492 nm533 nm - 587 nm608 nm - 662 nm833 nm - 887 nm

IMU integrated in SH51/52

Forward Motion CompensationInherent in ADS80 due to pusbroom scanning principle

Comparación del ADS80 con otros conceptos de Sensores Digitales

De Cámaras de Película a Sensores Digitales

Cambio de Paradigma: ADS80

Alfombra de pixeles

Cámaras de Parches Digitales

Evolución de otros sensores

Cambio de paradigma: Alfombras de pixeles

Evolución: cuadros de parches digitales


Cámaras de cuadro

Cambio de Paradigma

Sensores multilente con hasta 8 parches por escena

Sensor de barrido 12 bandas con un solo lente, sin obturador: Alfombras de Pixeles Homogéneas de Longitud ilimitada


Conceptos Constructivos

Z(IDMC

Cuatro Lentesf = 100 mm

para imágenespancromáticas

VexcelUltraCam

Airborne Digital Sensor ADS80

Concepto superior: Un Solo Lente f = 62 mm

Cuatro lentes f = 120 mm

Para imágenespancromáticas

Cuatro lentes f = 28 mm

para imágenes espectrales

Cuatro Lentes f = 25 mm

Para imágenes espectrales

IMU Integrada

LeicaADS80

Z(IDMC

Pancromático12,000 pixeles

Comparación de la Resolución Multiespectral

Multiespectral12,000 pixeles

Multiespectral3,000 pixeles

Misma resolución

20cm GSD 20cm GSD 60cm GSD80cm GSD

Multiespectral4,000 pixels

VexcelUltraCam

3 x mayor que elPancromático

4 x mayor que el Pancromático

Referencia

Cortesía de Z(I DMC

Los Sensores de Cuadro Requiere de Pan-Sharpening

Imagen de color originalresolución 22 veces menor

Mosaico de 4 cámaras pan Imagen “pan-sharped”

Pan-Sharpening presentado por Z(I al USDA y rechazado para proyectos del Dto de Agricultura de los EEUU.

Leica ADS80 Z(I DMC

Al evitar el Pan-Sharpening se preserva mejor el color

CCD de alta resolución espectral no distorsiona los colores.

Sorprendente riqueza espectral.

Las especies vegetales claramente diferenciadas.

Imagen Pan-sharpened

Colores lavados

Toda la vegetación se ve igual

Leica ADS80 Z(I DMC

CCD de alta resolución espectral no distorsiona los colores.

Sorprendente riqueza espectral.

Las especies vegetales claramente diferenciadas.

Imagen Pan-sharpened

Colores lavados

Toda la vegetación se ve igual

El Pan-Sharpening Distorciona la Representación de Colores

Example Data – Luzern, Switzerland

ADS80 - ConclusiónCumple con todos los requerimientos para una Cámara Multiespectral de alta resolución:

Gran cobertura de área (FoV, Swath)

Alta precisión radiométrica y geométrica

Resolución homogénea en todas las bandas

No requiere de Pan-Sharpening para brindar alta resolución a las imágenes de color

No introduce deformaciones de imagen por parchado de cuadros para formar la imagen de gran cobertura

Sistema mono-objetivo inmune a deformaciones de modelo causados por cambios de temperatura y presión atmosférica

100% de cobertura estéreo en todas las bandas (PAN, RGB, CIR)

Intermedio…

documentii

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