ほしぞloveログ

天体観測始めました。

カテゴリ:画像処理 > タイムラプス

みなさん、こんにちは。「ほしぞloveログ」のSamです。最近凝っている、太陽プロミネンス動画ですが、昔撮影してうまく最後まで処理できなかったファイルを、改めて処理したので載せておきます。


3月のテスト撮影

一つ目は少し前の3月7日に撮影したものです。まだテスト段階でしたが、ファイルが残っていたので動画にしてみました。でもプロミネンスの大きさがあまり大きくないので、動きもあまりたいしたことありません。

Blink2

鏡筒: 国際光器マゼラン102M、口径102mm、焦点距離1000mm、F10 アクロマート
エタロン: Coronado P.S.T.
赤道儀: Celestron CGEM II
カメラ: ZWO ASI290MM
撮影ソフト: FireCapture
撮影時間: 2020/3/7 13:55-14:50
撮影条件: ゲイン310、露光時間25ms、200フレーム撮影し150フレームをスタック 
画像処理: AS3にてスタック、ImPPGで細部出し、Sharpen AI、Photoshopで画像、PixInsightとffmpegで動画作成 

前回と同じようにgifにしましたが、gifファイルはあまりファイルサイズを小さくできないので、撮影時間1時間の60枚くらいが限界です。


4月の長時間撮影

次のファイルはゴールデンウィーク始めの4月29日撮影の約3時間ぶんの結果です。

  • 鏡筒: 国際光器マゼラン102M、口径102mm、焦点距離1000mm、F10 アクロマート
  • エタロン: Coronado P.S.T.
  • 赤道儀: Celestron CGEM II
  • カメラ: ZWO ASI290MM
  • 撮影ソフト: FireCapture
  • 撮影時間: 2020/4/29 12:59-15:55
  • 撮影条件: ゲイン300、露光時間25ms、200フレーム撮影し120フレームをスタック 
  • 画像処理: AS3にてスタック、ImPPGで細部出し、Sharpen AI、Photoshopで画像、PixInsightとffmpegで動画作成 
PixInsightで動画を作る際、

-y -r 25 -i Blink%05d.png -b:v 15000k -vcodec libx265 Blink2good.mp4

として、H.265でmp4にして、youtubeにアップしました。ただ、やはりプロミネンスがあまり大きくないので、長時間の割に動きが少ないです。このときちょうど小さな黒点も出ていたので光球面も一緒に出してみました。

本当は黒点周りや、Benar対流の動きが見たかったのですが、この日はかなり風が強く鏡筒が揺れてしまっていたので、分解能があまりよくありません。じっくり見てると少しだけ動いているのはわかりますが、いまいちインパクトがありません。再度挑戦して、もう少しはっきりとした動きを見てみたいと思います。やはり、プロミネンスと光球麺を同時に出すのはまだ難しいです。静止画ならマスク処理などで別々に細部を出せるのですが、動画だとそこまで手をかけることはできません。

SODの4月29日の動画との比較です。



UTCなので、午前5時くらいから午前8時までくらいに相当します。


苦労は理解され難く

ちなみに、撮影したファイルの合計は190GBになりました。3時間ものの超大作をやっと動画にまでして、この喜びをわかってもらおうと、妻に「すごいでしょう」と言って見せたとき、なんて言ったと思います?

「なにこれ?シューシューしてるの?
ヤカンの湯気みたい。」

ですよ!1億5千万キロも離れたプロミネンスの動きをヤカンの湯気なんて...。がっくりでした。

妻にとっては下の鳥の方がはるかにいいみたいです。


おまけ、初の鳥写真

さて、気を取り直してもう一つ、天文ネタと全然関係ないですが、庭にいつもいるキジを撮影してみました。ご存知かも知れませんが、キジは国鳥です。

FS-60CBにマルチフラットナー をつけてEOS 6Dで撮影しています。庭の端の方にいて少し焦点距離が足りなかったので、トリミングしています。

IMG_5492_cut

IMG_5492_cut_small-gigapixel-scale-4_00x

鳥をきちんと撮影するのはほぼ初めてで、星雲とかと違って色が最初から出ているのでずいぶんと楽です。普段の画像処理テクを駆使して細部とかも出してみました。羽がとても綺麗です。でもこれって正しい方法なのかどうか?

この子、この辺りにもう何年も住みついていて、グェー、グェーといつもうるさいです。今年もつがいでいます。毎年ひなを育てているのを見るのですが、今年も無事に生まれてほしいです。。

太陽プロミネンスのタイムラプスの手法がやっと確立しました。


これまでの試み

太陽アニメはこれまでも何度か挑戦しています。





でもこれ、めちゃくちゃ大変だったんです。2018年のは10分おきに3時間ですが、そもそも昼間で極軸が出ていないので赤道儀がずれてきます。ほぼずっとつきっきりでとにかく大変で、二度とやりたくないと思いました。

また、いずれもPhotoshopで一コマ一コマ手で位置合わせをしています。2019年4月の2つ目は何分かおきに撮りましたが、コマ数は11コマと少ないのでまだましです。でも位置合わせだけでなく、明るさとかもかなり違っていて、一枚一枚合わせこむので、これくらいが手合わせでは限界です。ジェットの結果は面白かったですが、この時ももう二度とやりたくないと思いました。


太陽タイムラプスの何が難しいのか

でもやっぱり太陽の変化をアニメにしたいんです。しかも1分おきくらいに数時間にわたるアニメです。そのためにはクリアしなければならない問題がいくつもあります。
  • PSTは安価ため、エタロンの平行度があまりいいわけでなく、Hαをうまく出せる部分が限られていて、画面の30-40%のみ。長時間撮影で太陽の位置が画面内でずれると、Hαの見え方も変わってくる
  • そのため長時間太陽がずれないような手法を確立する必要がある。極軸さえ合わせられないので、ほっといたらずれていく。ガイドか?でもどうやって?
  • 撮影時間が長く、画像の枚数が多いと、個別の画像処理は現実的ではなくなる。画像処理をまとめて一気にやってしまいたいが、一度にうまくできるのか?
  • たとえ撮影時の位置があまりずれなかったとしても、その精度ではアニメにしようとするとブレブレになってしまう。かと言ってステライメージやPixInsightなどの画像処理ソフトで位置合わせをしようとしても、星を使った位置合わせのような基準が何もないのでできない。
など、思ったより大変そうです。もう少し細かく考えます。
  • 撮影したserファイルをAutoStakkert!3でスタックしますが、太陽のブレ具合によって毎回出来上がる画像のサイズ(縦、横のピクセル数)が変わってきます。オプションでcropにしても拡大する方を選らんでもサイズは毎回変わってしまうようです。このため、動画にするときの位置合わせが難しくなります。
  • 炙り出しの際ImPPGを使っていますが、同じ設定でも撮影時の条件の微妙な違いにより、出来上がりの明るさや細部の描写などがバラバラになってしまいます。撮影時の条件をよほどうまく合わせるような工夫を何かしなくてはダメです。
実はあまり記事にしていないのですが、これまで何度もアニメには挑戦してきて、やっと上記問題を解決しなければうまくいないことがわかってきました。これらの反省点を含めて、手法を何度か改善しつつ、今回やっとうまく動画まで持っていける手法を確立することができました。

今回やった方法を順に書いていきます。それでもそこそこ大変です。


FireCaptureによる太陽オートガイド撮影

撮影はFireCaptureを使います。ポイントはガイド機能を使うこと。そのためにまずは赤道儀をASCOMやST4経由でPCから制御できるようにしておきます。接続がOKなら、「Setting」タブで「Telescope」を選んで、ASCOMやST4ドライバーを選びFireCaptureと赤道儀を接続してください。うまく接続できると画面の最前面に方向ボタンが出てきます。いくつか押してみてFireCaptureの画面に見えている太陽がきちんと移動するか確認するといいでしょう。

その状態で縦に並んでいるアイコンの上から5つ目の「AutoGuide」にいきます。まずは右クリックをするとオプションが選べます。制御はPHD2などと比べると随分シンプルでできることも限られますが、「Swap direction」でフィードバックする方向をきちんと選ぶこと、極軸があっていないので思ったよりずれていくことがあるので、「Guide rate」フィードバック量をデフォルトの倍くらいに増やすことなどに気を付けて調整します。

IMG_0012


設定が終わったら「AutoGuide」横のチェックボックスをクリックして、ガイドをオンにします。赤い四角いボックスが表示され、太陽のリムの形を使ってをオートガイドすることができます。最初なかなかうまくいかないかもしれません。しばらく待ってずれていかなければ成功ですが、方向とかを間違えるとどんどんずれていきます。いくつか設定を変えて試してみてください。うまくいくと数時間とかの単位できちんとガイドしてくれました。

タイムラプス映像にしたいので、一コマ一コマの時間間隔が重要になります。そのため撮影はフレーム数単位でなく、時間単位になります。今回は12.5ms露光で5秒間撮影、その後55秒休みます。保存はRAWで残したいので.serにします。今のPCだと80fpsで取り込めるので1ファイル400フレームくらい、サイズは1.7GBくらいです。これをFireCaptureの「Capture」タグのところにある「カメラアイコン」を押して出てくる「AutoRun」機能で繰り返します。「Delay」を55秒、「Limt」を5秒にします。これで1分に1度5秒間撮影します。出来たファイルのサイズやフレーム数は多少ばらつきが出ますが、気にしないでおきます。

cap1

撮影時にもう一つ気を付けておくことが、ゲインの設定です。ゲインはサチるくらい高めにしておきます。今回は440まで上げています。理由は、淡いプロミネンスを階調よく撮るためというのが一つの理由です。でも、実はもう一つの理由の方が重要で、ヒストグラムで見た時の背景ピークの幅を広げてピーク位置の依存性を少なくし、後の画像処理の時のパラメータにあまり依らないようにするためです。輝度の高い光球面までダイナミックレンジの中に入れようとすると、背景のピークが鋭く左の暗い方に寄ってしまいます。この状態で画像処理をしようとすると、撮影条件が変わった時にピーク位置がずれ、画像処理の設定が対応しきれなくなって、仕上がり画像のばらつきが大きくなってしまうからです。今回のようにゲインを上げて撮影する場合、当然ですが光球面の模様は諦めなくてはいけません。プロミネンスに特化したアニメになると思ってください。

実際のガイドの様子の動画です。娘のギターがうるさいですが、気にしないでください(笑)。


PC画面の右上の矢印がピコピコ反応して、きちんとガイドしているのがわかると思います。

長時間にわたる撮影の場合、保存されるファイル量が数百GBクラスになることもありますので、残りのディスク容量に注意してください。


ちょっと脱線、太陽のオートガイドについて

この記事を書きながら色々調べてみました。どうやら、このFireCapureのガイド機能を太陽撮影で使った例は、海外も含めてほとんどないようです。基本的に惑星での使用例ばかりです。太陽でのガイド撮影はCloudy Nightsとかでも「Hinode(ヒノデ)ソーラーガイダー」を勧めていました。名前は日本語っぽいですが、アメリカ製だそうです。ガイド精度も上記ページで動画があります。実はこれ、胎内(だったと思います)で実物を見た記憶があります。太陽を始めていたのでガイドにちょっと興味があったのですが、値段がそこそこ。なんか工夫してできないかと思っていました。

今回、SharpCapの機能で画像認識をしてそれがズレないようにガイドするのも試しました。まだ実験的と書いてあるからなのでしょうか、こちらはあまりうまくガイドできませんでした。FireCaptureはなんとかうまくガイドできましたが、これも最初はあまりうまくいかずパラメータ出しに苦労しました。あと、雲とかで一度位置を失うと、その後の復帰は位置が大きくズレる可能性があります。

要するに、まだ太陽のガイドってあまり確立された技術ではないようなのです。まあ、太陽やっている人が少ないので、仕方がないと言えば仕方ないのですが。

今考えているのは、別のカメラを用意して焦点距離を短くして、全体を見ながらガイドをかけるとかでしょうか。というのは、今回は太陽の縁が入っていたのでたまたまガイドできましたが、今後、黒点のアップなどを長時間撮影したい場合は今の方法では無理なので、何か別の方法を考える必要があります。


画像処理

ここから動画ファイルになるまでの過程を説明していきます。

まずは撮影後の画像処理ですが、動画の場合は通常以上に複雑になります。これまで太陽撮影や、太陽画像の処理をしたことがない方は、まずは下記のページを参考に一枚の画像を最後まで処理してみてください。




一枚がきちんと出せないようでは、多数枚を出すのは至難の技です。今回の動画の処理過程もある程度このページの処理方法に依っています。今回の記事では上記ページに加えて、動画作成で必要な部分に焦点を当てて、一枚画像の処理との違いを中心に説明していきます。


AutoStakkert!3での一括スタック

最初はいつも通り、AutoStakkert!3でのスタックです。撮影した全てのserファイルを一度に開きます。最初のファイルだけ処理すると、順に同じ設定で全てのファイルを処理してくれます。

ファイルの数が多いので、時間がかかります。間違えると全てやり直しで大変なので、慣れていない方は練習のためにまずはファイルを一つだけ開いて、うまく処理できるかどうか試した方がいいでしょう。これでうまく処理できたのを確認してから、改めて全てのファイルを一度に開いて処理した方がいいでしょう。

多数のファイルを処理する場合、撮影時の太陽の位置が長時間安定していなかったり、雲などで画面の明るさに変動があるとそのファイルはうまくスタックできない可能性があります。少なくとも、最初の方のファイルと最後の方のファイルをRAW動画で見てみて、位置が大きくずれていないか、明るさは大きく変わっていないかを確認した方がいいです。

全部の処理には時間がかかると思いますので、じっくり待ちます。


Photoshopで画像の大きさを揃える

次のステップとして、Photoshopで画像の大きさを揃えます。この過程はすごく重要です。なぜなら、AutoStakkert!3は写りの良い部分だけを処理するので、出てきたファイルの画像サイズは一枚一枚バラバラだからです。サイズを合わせないと、後の位置合わせがうまくいかなくて、全くアニメになりません。サイズ合わせはPhotoshopの「イメージ」->「カンバスサイズ」を使ってやります。AutoStakkert!3でできたサイズの中で一番小さいサイズ以下の大きさに設定します。

この過程をアクションツールを使って全てのスタックされたファイルに適用します。詳しいやり方は「Photoshop アクション 繰り返し」などで検索すると出てきますので、そちらを参考にしてください。ちなみにこのページが分かりやすかったです。ここでは簡単な手順だけ書いておきます。
  1. Photoshopを立ち上げ、「ウインドウ」から「アクション」を選び表示します。
  2. アクションパネルの下のアイコンの右から二番目の「新規作成」アイコンを押します。
  3. 新規アクションに名前をつけて、記録を開始します。
  4. 画像ファイルを開くところを含んで記録します。
  5. 先のサイズ合わせを一通りします。
  6. ファイルを「別名で」保存します。
  7. その後、アクションウィンドウの下の左の停止ボタンを押し記録を止めます。
  8. 次に「ファイル」->「自動処理」->「ドロップレットを作成」を開きます。
  9. 「ドロップレットを保存」で先ほどのアクションを選びデスクトップなどに保存します。ポイントは左の「”開く”コマンドを無視」と右の「”別名で保存”コマンドを省略」にチェックを入れておくことです。
  10. デスクトップなどに出来たドロップレットに、ImPPGで処理したTIFFファイルを全て選択し放り込みます。
うまくできましたでしょうか?実際に画像サイズが全て揃った、出力ファイルをきちんと確かめてみてください。


ImPPGで位置合わせ

次にImPPGを使い位置合わせをします。「Tools」の「Align image scequence」を選びます。上のPhotoshopの処理をサボって画像サイズがバラバラだと、位置合わせは全くうまくいかないので注意してください。

cap_ImPPG01

Photoshopで大きさを揃えた画像ファイルを選択します。ポイントは「Align on the solar limb」を選ぶこと。条件は太陽の縁がきちんと出ていることです。太陽が円になっていなくて、一部だけが写っていても、縁さえ写っていればうまく処理できます。これでうまくいかない場合は上の「Stabilize high-contrst feature」でやりますが、こちらは精度が悪くアニメにした時にぶれてしまうと思います。


ImPPGでの一括処理

次に改めてImPPGで炙り出しと細部出しをします。まずはImPPGで位置合したファイルを画像を1枚開き、処理過程を進めます。処理が終わったところで、「File」->「Save Processing Settings」でその際の設定を保存します。次に「File」->「Batch Processing」で、AutoStakkert!3でスタックされた画像を全て選び、先ほどの設定ファイルを選択し、適当な出力先を指定します。保存形式は「TIFF 16-bit」を選択します。「Start processing」ボタンを押して連続処理します。

IMG_0011


最終調整

この時点でもう動画にする準備はできていますが、ImPPGでの画像処理だけだと不十分なこともあるでしょう。例えばPhotoshopのアクション機能を使うことで、全ての画像に同じような処理をすることもできます。また、DeNoiseも最新バージョンではバッチ処理をサポートしていて、同じ処理を多数のファイルに一括で適用することができます。

それでも、背景の明るさが揃い切っていなかったりすることもあるかと思いますが、ある程度は一枚一枚微調整が必要なこともあるかと思います。ここら辺はアニメーションを扱うときには仕方のないことでしょう。


動画ファイルの作成

さて、素材のファイルができたのでここからやっと動画ファイルの作成になります。動画作成はいろいろな方法があるかと思いますが、ここではPixInsightを使います。PixInsightを立ち上げ、「Process」->「ImageInspection」->「Blink」を選び、これまでにできた画像ファイルファイルを全て開きます。
  1. 再生ボタン(右三角)を押すと動画の様子が確認できます。
  2. 真ん中のアイコン列の上から2つ目のオートストレッチがオンになっている場合、画像処理されてしまいます。オフにすると元の画像のまま表示されます。
  3. Previewで一部を切り取るとその部分だけ拡大してその部分だけ動画にすることもできます。
  4. Blink画面の右下の一番右端の撮影開始マークアイコンで動画にします。
  5. ffmpegがない場合は別途インストールしてください。ffmpegがインストールされていても、実行ファイルをフルパスで入れないとうまくいかないことがあります。/usr/local/bin/ffmpegとかいうことです。
  6. 今回の場合秒15コマのgifファイルにしたかったので、-y -r 15 -i Blink%05d.png Blink.gifとしました。
gifファイルは256色の制限があるので、パレットを最適化したい場合は別途コマンドラインで、

ffmpeg -y -r 15 -i Blink%05d.png -filter_complex "[0:v] fps=15,scale=1024:-1,split [a][b];[a] palettegen [p];[b][p] paletteuse" Blink.gif

などとするといいかもしれません。

Blink

実際に出てきたgifファイルを確認してみてください。gifアニメはWebなどでは再生することなく勝手に動画になってくれるので、見ていて楽しいです。長いファイルだとサイズが大きくなりすぎるかもしれません。その時はmp4などに変換するといいでしょう。


まとめ

IMG_9612


一応、動画になるまでの過程を書き出しましたが、うまく動画ファイルになりましたでしょうか?一枚一枚みていただけではあまり変化がわからなかった画像も、動画にするとプロミネンスが活発に動いていることに驚かれるかと思います。

ここに挙げた方法はあくまで一例です。他にも面白い方法があれば、どんどん探ってみてください。また、自分でやってみて分かりにくいところがありましたら、コメントでお尋ねください。できるだけ応えるようにします。

今後、このような動画ファイルがたくさん出てくると、太陽をやってみようという人がもっと出てくるかもしれません。早く太陽活動活発にならないかなー?もっとすごい動画が見てみたいですよね。

太陽楽しいですよー。


久しぶりの太陽です。記事としては3.5nmのHαフィルターの記事以来でしょうか。でも実は太陽撮影はちょくちょくやっています。ただ太陽活動があまり活発でなく、絵的にぜんぜん面白くないので、記事にするに至っていません。


晴れ間にパッと見た太陽に大きなプロミネンスが!

今年のゴールデンウィークはなかなか外に遊びに行ける状況でもなく、遠征撮影もままならないのでZoomで中継をしたりしてましたが、後半は天気もあまり良くないので、庭撮りも諦めていました。5月4日、この日も天気予報は曇りで期待していませんでしたが、午前中外を見ると珍しいくらいの綺麗な青空が広がっていました。透明度は良さそうですが、少し雲もあるので短時間なら太陽撮影できるかなと気楽に機材を出してみたら、東南方向に大きなプロミネンスが見えました。

晴れてる合間にすぐに撮ってしまおうと、午前11時半頃から撮影を始め、一度5000フレームほどのファイルを保存したのですが、風が強かったせいか、シンチレーションがたまたま悪かったのか、処理してみると写りはイマイチ。その後12時近くのわずか400フレームのファイルの方がはるかに細部が出ます。多分風がおさまったせいだと思っています。それを処理したのが下の画像です。

Sun_115711_lapl4_ap1328_IP3_OS_cut
  • 鏡筒: 国際光器マゼラン102M、口径102mm、焦点距離1000mm、F10 アクロマート
  • エタロン: Coronado P.S.T.
  • 赤道儀: Celestron CGEM II
  • カメラ: ZWO ASI290MM
  • 撮影ソフト: FireCapture
  • 撮影時間: 2020/5/13 11:57
  • 撮影条件: ゲイン440、露光時間12.5ms、400フレーム撮影し320フレームをスタック 
  • 画像処理: AS3にてスタック、ImPPGで細部だし、Sharpen AIで処理。
珍しくちょっと大きめのプロミネンスで、きちんと輪になっているのがよくわかります。シンチレーションも悪くなく、細部もよく出ています。

今回、細部を出すのにSharpen AIを使っています。かなり強力なシャープツールなので、擬似線が出てしまう可能性は否定できません。それでも元のファイルの出来が悪いといくらやっても綺麗に出ないこともまた事実で、やはりどんなソフトでも引き出せる限界はあるようです。AIと言えども万能ではないことは言うまでもありません。

上の画像の擬似カラー版です。

Sun_115711_lapl4_ap1328_IP3_OS_color_cut


プロミネンスのタイムラプス動画

さて、今回の目玉はこのプロミネンスのタイムラプス動画です。上のを撮影した後、まだ晴れが続いていたので、同じ構図で連続して撮影してみました。上の画像を撮影したときから30分くらい後の5月4日12時32分から12時50分までになります。

撮影条件は上の静止画の時と同じで、1分おきに5秒間撮影しています。約400フレーム撮影できるのは同じで、そのうちの240フレームをスタックしています。19分間ぶんの画像19枚でgifアニメーションを作っています。19枚で止まってしまったのは、これ以降は曇ってしまったからです。

最初短い時間しか撮影できなかったので全く期待していませんでした。せいぜい画像処理方法を試そうというくらいです。でも実際に動画にしてビックリです。

Blink

およそ20分の間ですが、細かいところがかなり動いていることがわかります。こんなに速く動いているとは想像していませんでした。これを見ると1分おきでもギリギリな間隔なくらいです。ここまでプロミネンスの動きが見えると相当面白くなってきます。

先にTwitterでテスト動画を公開したのですが、160いいねを記録し、TSA-120購入の時の言い値の数を超えて過去最高となりました。そもそも太陽関連の記事はマイナーなせいか、これまでも人気があまりなかったのでこの反応には驚いています。やはりこれだけ活発に太陽が動いているというのはインパクトがあるのでしょう。

ちなみに、その日のSDOの動画がここにあります。



時刻がUTCで表されているのでこの動画の最初の方、5月4日の午前3時半くらいのときのものが今回撮影したタイムラプス動画に相当します。SDOはこのページを見てもわかるように衛星なので、地上から撮影しているアマチュアでは到底太刀打ちすることはできません。それでも時間分解能ではそこそこ検討しているのではないでしょうか?今後、もっと長い時間撮影してみたいと思っています。


撮影方法と画像処理については次回解説

さて、太陽のタイムラプス映像ですが、これまで記事にしたものもあれば、
 

 

撮影だけして記事にしていないものもいくつもあり、実は結構な回数に挑戦しています。

やっと今回、短い間隔で多数枚撮影して、うまく最後まで画像処理する過程を確立することができました。その方法ですが、結構複雑で記事にすると長くなりそうで、未だにてこずっています。次の記事に独立して書こうと思います。多分明日くらいにはアップできると思いますので、今しばらくお待ちください。


おまけ: 撮影風景

タイムラプスの撮影時の風景です。撮影は始まってしまえばリモートで部屋の中から画面を見ることができます。娘が目の前でギターを弾いています。ギターがうるさい中、頼むから曇らないようにと祈っていました。

IMG_0005


先ほど一枚だけアップしたのですが、撮影した227枚を使ってタイムラプス映像を作ってみました。無加工のjpg画像から作った動画です。動画の作成にはSirius Compを使ってみました。

こと座流星群もいくつか見えますし、人工衛星の軌跡も見えます。


立山に行った経緯は次の記事で書きます。

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