结晶作为重要的工业操作单元,被广泛应用于制造和纯化各种高附加值产品,例如药物、精细化工产品和材料等。为了能有效的实现结晶过程的优化和控制,得到理想的产品,过程分析技术(PAT-Process Analyticl Technology),即在线实时测量技术,已经获得广泛的应用。在结晶过程中,获得广泛应用的PAT方法包括浓度和过饱和度的测量技术例如衰减全反射傅里叶变换红外(ATR-FTIR)和紫外可见分光光度测定法(UVvis),晶体粒度测量技术例如聚焦光束反射测量(FBRM)和超声波衰减技术,以及晶型辨识测量技术如拉曼和XRD等。近年来,利用成像和图象处理技术测量晶体的形貌和形貌分布也获得了广泛的重视,因为晶体的形貌、形貌分布和多维尺寸也是衡量产品质量的两个关键指标,对产品的溶出速率、加工性能(例如过滤效率和流动性)、药物的生物利用度等都有重要影响。然而,由于晶体在搅拌器中的运动,目前使用的二维成像技术并不能准确的测量颗粒的形貌和尺寸。本文的研究目的是研究三维立体在线成像技术用于结晶过程晶体的形貌、多维尺寸和晶面生长动力学的实时测量。本论文研究非侵入式立体成像技术,分别对简单形貌晶体与复杂形貌晶体进行在线测量,并研究和开发了新的晶体形貌三维重构算法。论文的主要研究内容如下:(1)以谷氨酸结晶为针状?晶型的搅拌槽结晶实验为对象,研究了非侵入式三维立体成像技术实时测量谷氨酸?型晶体主要在长度方向的生长速率,即长度随时间和操作条件的变化。结果和离线测量结果进行了比较。离线测量是用二维成像仪器Morphologi G3对过滤干燥后的最终产品进行的,因为是离线静态测量,晶体平躺在玻璃片上,二维成像不会引入太大误差。还比较了在线二维成像测量的结果。发现在线三维立体成像测得的针状?型谷氨酸晶体长度与晶体样品离线分析获得结果相一致,并且大约是利用二维图形技术所估计尺寸的三倍。结果表明在晶体真实尺寸和形貌方面,三维成像技术明显优于二维成像。(2)选取明矾结晶成具有26个晶面的晶体在一个小的没有搅拌的的结晶过程作为对象,研究立体成像系统对复杂形貌晶体尺寸的在线测量与三维重构。提出了一个‘立体成像相机重构模型’(stereo imaging camera model)用于复杂晶体的三维形貌重构。研究表明,相对于基于单个二维相机的‘相机重构模型(camera model)’,通过‘立体成像相机模型’获得的三维重构结果具有更高的准确性。在此基础上,考察了明矾晶体三个特征面{111},{110}和{100}生长速率与相对过饱和度(通过ATR FTIR测量获得)的关系,建立了明矾晶体三个特征面的晶面生长动力学。(3)三维成像和‘立体成像相机重构模型’进一步应用到了搅拌槽结晶器中复杂晶体结构接近过程的检测,仍然以明矾结晶为对象。结果表明,对于这种动态复杂形貌晶体,在搅拌槽结晶过程中仍然可以对其进行形貌的三维重构。研究也揭示了应用中的局限性,主要是对于图像清晰度低的晶体会造成图像处理的误差从而造成晶体三维重构的误差,为以后该技术上的进一步发展指出了明确的方向。此外通过研究面的规律发现,面{100}的生长速率最快,导致该面面积逐渐减小,而{111}面由于生长较慢,面积逐渐变大。这对于晶体形貌的控制有着重要的指导意义。