[发明专利]晶体三维晶面生长动力学的立体成像测定系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶体生长的研究应用领域，特别涉及晶体三维晶面生长动力学的立体成像测定系统及方法。

背景技术

在医药,生物医药,生命科学,精细化工,无机有机材料,纳米材料,能源,日用品,食品,环保等领域,许多产品是以固体形式生产销售的。例如,当今的医药(西药)产品90%是以固体形式销售。固体的形状和尺寸是产品最重要的特性参数,因为它们影响产品的流动性等加工参数(例如影响过滤机的操作),溶解度,以及医药产品的药性.这些参数的不合格会影响公司的竞争力,产品的销售,出口,以及人身健康。因此对颗粒的形状和尺寸大小进行实时的优化控制是极其重要的。

为实现这一目标，晶体晶面生长速率的准确测量及晶面生长动力学的建立极为关键。尽管有极其重大的重要性，精确建立晶面生长动力学的方法一直相当有限，并且很大程度上依赖于一维或二维的测量方法。因此获得的不是晶体的晶面生长动力学模型而是简化成球形或长方形的晶体（直径或长/宽）生长动力学模型。因此无法用这样的模型来实现对晶体结晶过程的精确优化及控制。

最近的研究活动发现使用高速在线成像来测量晶体形状是可行的。在英国，葛兰素史克的威尔金森等已开发出在线、非侵入式显微镜成像系统原型可用于监测制药的结晶过程。该系统置于反应器玻璃壁外。可用于实时产品形态监测、实时测量晶体成长率，以及晶体分类和控制等研究。这一系统也由罗林斯教授和合作者用于研究针状晶体的结晶过程。阿斯利康测试了一种名为PVM的商用成像探测器的使用情况。过程视窗和测量系统（PVM）由梅特勒托莱多有限公司开发，专利号为US5815264A。该系统已广泛应用于学术和工业界来研究晶体成核、生长，特别是一维/二维尺寸分布。过程图像分析仪(PIA)由德国海德汉施瓦茨公司研发，专利号为DE10052384A1。使用PIA视频显微镜拍摄的在线图像可用来确定2D晶体的生长速率。现场(In-Situ)颗粒查看器(ISPV)是由荷兰的perdix公司开发的，专利号为NL1026306C2。该系统曾在利兹大学用于考查晶体生长过程中形状和在后续的变化。三相机摄像系统分别由荷兰Delft工业大学的Boersma et al.和德国特里尔应用科学大学的博特林格教授开发。在Boersma et al.的研究中，三个摄像头被放置在带有小角度的三角位置，使摄影机可聚焦于同一区域。重建的3D图像将提供一个伤口区域的3D信息。博特林格教授最近为测量自由落体颗粒（100毫米～4毫米)的3D形状开发了正交定位的三相机成像系统。Gorpas et al.开发了使用双目机器视觉系统的体积方法来实现重建3D肿瘤表面（小于10毫米的大小）。

远程操作或遥控机器人系统通常用于医疗应用中证实诊断结果并进行远程手术。为此研发了很多种类的二维/三维内窥镜。Da VinciTM遥操作机器人外科手术系统和ZEUSTM是最具盛名的遥操作机器人手术系统。胡et al.开发了带平移和倾斜功能的用于微创手术的2D和3D外科成像设备。然而，这些成像系统仍有很大的局限性，特别是它们的图像处理功能以及如何关联形状监测和控制的信息。事实上目前他们主要是向运营商显示信息并将数据存储到硬盘。所有内窥镜主要都用于远程诊断和手术，并不适用于在反应器中采集颗粒的高分辨率图像。

虽然共聚焦显微镜承诺能够重建3D图像，但它是通过扫描许多薄片样品来提供颗粒的3D信息，因此其非常低的操作处理速度使其不具实用性。来自Alicona影像有限公司的InfiniteFocus是一种使用垂直扫描来实现3D表面测量的光学装置。它能通过变换聚焦提供地形和色彩信息。其低运行速度会限制它的3D在线测量适用性。

综上所述，现有产品和原型系统具有它们的局限性,主要为:对许多复杂的物系和过程图像的质量不理想；图像处理功能极为薄弱；所有的产品都是二维系统，只能提供二维信息。还没有一样产品能直接测量3D晶体生长的面生长动力学。共聚焦显微镜通过扫描许多薄片样品来提供颗粒的3D信息，InfiniteFocus使用垂直扫描来实现3D表面测量。其非常低的操作处理速度使其不具实用性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供晶体三维晶面生长动力学的立体成像测定系统及方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

晶体三维晶面生长动力学的立体成像测定系统，包括装有待测晶体的晶体面生长反应器、对应晶体面生长反应器的两个以上的摄像机头、与摄像机头对应的光源、控制光源工作的光源与频闪控制器、将两个以上的摄像机头取的像进行图像处理的计算机以及与计算机连接的显示器，所述的光源与频闪控制器与计算机相连，其中