DB44_T 1527-2015 微束分析 扫描电镜 图像清晰度评价方法(广东省).pdf
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1、ICS.71.040.01 N 53 备囊号41073-2015DB44 广东省地方标准0844/T 1527-2015 微束分析扫描电镜图像清晰度评价方法Scanning electron microscopy-Methods of evaluatlng image sharpness 2015-02-11发布2015-05-11实施广东省质量技术监督局发布DI剖4fT1527-2015 目次前言.111.111.111.111.111 111 111 111.111.111.111 .111.111.111.皿1 范围.111.111.111.111 111.111.111 111 111
2、.1 2 规范性引用文件.3 定义及术语.111111.111 111 111 111 4 获得SEM图像的步骤.111 111.,.111.111 111111.111 111 111 .111.111 111.111 111.111.111 111 111 1111.2 5 SEM图像的获取和国像内区域的选取111111 111.111.111 111.111 111 111.111 111.111.111.111 111.111.111 111.6 6 评价方法.111111 111.111 111.111 111111.111 111 111.111 111 111 111 111 1
3、11.111.111.111.111 111 111.111.111.6 7检测报告.111 .,11.111.111.111 111.111 111 111.111 111 111 111 111.111 111 111.111 111 111.111.111 .111.111.111 111.111.111 111 111.111 11115 附录A(规范性附录)衬度蝶声比的详细说明111.111111 111 111 111.111 111 111 111.111 111 111 111 111 111.17 附录BC规范性附录博里叶变换法CFn详述.21 附录c(规范性附录)对比梯度法
4、(CG)详述.35 附录D(规范性附录)辙分法(DR)详述.45 附录E(贤科性附录)图像情晰度评价的背底.62 附录F(资料性附录)各种评估方法的特点和适用性.66 附录G(资料性附录)评估罔像清晰度的测试样本制备厅法.69 附录H(资料性附录)测试报告实例,.71 参考文献.,.,.73,.DB44/T 1527-2015 目IJ1=1 本标准使用翻译法等同采用ISO!TS24597:2011 Microbeam analysis-Scanning electron microscopy-Methods of evaluating image sharpness 为了便于使用,本标准做了下
5、列编辑性修改z一一将规范性引用文件由原来的ISO16700:2004,Microbeam analysis一-Scanningelectron microscopy-一-Guidelinesfor calibrating image magnification飞吐为GB/T27788-2011做束分析扫描电镜图像放大倍率校准导则(lS016700:2004,IDT)飞一一将规范性引用文f牛ll原米的ISO/IEC17025:2005,General requirements for the competence of testing and calibration laboratories叩为
6、GBIT27025-2008检测和校附实验室能力的通用要求(ISO/IEC17025:2005,IDT):一将规范性引用文件由原来的ISO22493:2008,Microbeam analysis-Scanning electron microscopy-Vocabula可改为GB/T23414微束分析扫描电子显微术术语(ISO22493:2008,IDT):本标准按GBIT1.1 标准化工作导则第l部分:标准的结构与编写和IGB/T20000.2 标准化工作指南第2部分1采用国际标P自D)给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉足专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由广
7、东省质量技术监督局提IU开归口。本际准起草单位:广州计量检测技术研究院、金发科技股份有限公司o本标准:主要起草人:王潇潇、韦争亮、王悔燕、张鹏、张洁、程氏、熊磊、任立文。本标准首次发布。m 3 四44月1521-2015微束分析扫描电镜图像清晰度评价方法1 范围叶变挟CFT)桂、对比梯度(CG2 规范性引用文件3 定义及术语GB/T 23414 3.1 3.2 悔素尺寸pixelsize SEMI到像中每像素对3.3 二值SEM固悔binarySEM image 转换后仅有二阶,克度水平的SEM图像。3.4 卷积固f靠convolutedimage 由二值SEM图像与二雄商斯函数做卷在l得到的
8、图像。3.5 清晰度国子sharpnessfador 用于生成卷积图像的高斯函数标准偏差的2倍。)。4,1 5 DB44/T 1527-2015 3.6 图像清晰度imagesharpness 清晰度因子除以2的平方根(即2/.fi)0 SEM图像的请晰度因子与生成卷积图像(与标准偏差为的高斯函数做卷积的清晰度因子相同。3.7 衬度噪声比contrast-to-noiseratio(104-18)1-11的比伯。其中,1 A和18是图像目标物与背底的强度,n是图像噪声的标准偏茬。3.B 傅里叶变换法Fouriertransform method 通过将SEM图像的卡、ij里II变换形式及其岳和
9、(图像n的14514叶变换形式Jlt:h比较,评价图像消晰度的jJ法。3.9 对比梯度法contrast-to-gradientmetbod 利用SEM图像二纬先应分布割的加权问罪111i.J与相lJ主.lth图像清晰度评价的主i法。3.10 做分活derivativemetbod i且过将民主主函数IjSEM图像中的咀挝j在缘梯l主轮廓拟命.W价图像i肯i晰度的力法。3.11 视Jfield of vilY 相当于整l幅SEM凶僚的利丰区域。4 获得SEM图像的步骤4.1 舰述要获得正确的SEM图像应首先调节ta微镜状态(内外,GB.J7788-2011附件助。图像清晰度主要取决于(i)样品
10、本身,(i)图像前景和背底结构的平整腔,(i ii)位官和衬!墅,(v)衬度噪声比CCNR)0 鉴于上述四亲,本标准所涉及的i种SEM阁像清晰度评定方法均箭在!l4.2-4.10描述的科序进行。特别应注意电子掠针的电流调节和聚1.h条件,以扶得先!豆、衬皮(见4.6)丰1I村在噪声比(见4.7)的最佳要求。4.2 样品截至本标准发布之F1,评价用样本尚无指定的有证标准物质(CRM)。可采用附录Gql苗峰的力法进行样本制备。选择具有光滑、r重要求而|抽样本,j在取样本ql包含沉积在衬底t的圆形颗粒样品部分,进行阁像清晰度评定。继而根据4.4选拌的合边的倍率得到需要的阁像。注:对电子敏感的材料不能
11、用F评价SEM罔像消|晰度c2 四44月1527-20154.3 棉晶倾斜度样品倾斜角应设置为00(即水平状态)。注:样品倾斜角在士3.以内不会影响对SEM图像清晰度的评价。4.4 视场的选择SEM图像清晰度会随样品表面的均匀度而变化,因此视场应选取平整、光滑的表面。图la)和图lb)分别给出了可用图像和不可用罔像的视场范例。样品微粒大小至少为数十个像素见图la)。4.5 悔素尺寸的选择4.5.1 概述a)可用图像b)不可用图像圈1a)可用和b)不可用的SEM图像技GB厅27788-2011的规定,在评价图像清晰度之前,应校正图像的胆大倍率和(政)标尺(或标度)0 4.5.2 视场中像章尺寸的
12、确定象京尺寸Lp(nm)113 F式?fi!:式中zLu=土旦LP N LFOV一-SEM图像巾视场的水平宽度,单位nmNp 一一视场水平宽度覆盖的保素数4.5.3 由标尺确定的像章尺寸辈素尺寸Lp(nm)可由标尺计算如下:式中:L 一主旦L-P N sca/e Lscale一一标尺的示值(单位nm)Nsca1e 一标尺覆盖的像章数3 iES 1 四44月1527-20154.5.4 像素尺寸的转换由本标准中所描述方法获得的图像清晰度(Rpx)均以像素为单位,可通过下式将其转化为以纳米为单位表示(RL):RL=LpX R 式中=Lp一-像素尺寸设像索尺寸为预期图像清晰度的40%。例如:当图像清
13、晰度为2nm时,可设置像素尺寸为0.8nmo 4.6 图像的亮度和衬度口目.曰4 口a)可接受固像b)不可接受图像(过饱和)c)不可接受固悔(欠饱和)d)不可撞受国串(迫饱和圈2亮度、衬度合适及不合适的SEM图像19罔像中的信号强度应分布适中,过饱和与欠饱和状态均不符合要求。图2时,b),叶,均分别给出了亮度、衬度合适与不合适的图像实例。图中同一垂直高度处虚线所对应的信号强度分布见备闺下方曲线。4.7 固惜的衬度噪声比(CNR)图像的衬度牒声比应不小-.IO。此处的衬度畴声比(CNR)定义为图像衬度Cimage与图像噪声标推偏差矶的比值(见四川。CNR=Cim咿/矶附录A给出了CNR的计算过程
14、。国4为CNR值为5,10和50时4 DB44/T 1527-2015 的模拟图像。图5为CNR为4和30时的SEM图像实例。注:为得到良好创R值的SEM图像,需调节合适的探针电流和图像采集时间,该两项参数的变化会影响图像清晰度的评价。A SA-r-图3SEM图像的信号强度示意图(A代表区域A,B代表区域B)a)CNR=5 b)CNR;:10 c)CNR=50 图4CNR值为5,10和50时的模拟图像5 8 i9 DB44/T 1527一-2015a)低衬度曝声tt(CNR句4)b)高材度噪声比CCNR 30)回5不同衬度睡声比的SEM图像4.8 图像的聚焦与像散拍摄罔像时,除了尽曰:把眼散泊
15、rRjjlJ最小,压l也把电子图像ftti调到最市i晰(!E焦)。4.9 外部干扰影响图像fI晰庄的外it干扰包括:书Ltl振动,陆场崎变,及列-fGB/T 27788-2011附录B中的其他因素。进行图像tpj晰应评走时,的u乒l可能确保所使用的图像不受j主些因素干扰q4.10 异常衬度确保图像II不存在异常的忖度(例如:样品荷电效应引起的衬度异常)4.11 SEM固悔文件11-:1扫描电于-显融t兑自拉以存的阳像数据)业为数字形式,至少;与8bit位灰阶罔像,且i在图像格式向为无压缩的图像文件,例如JlF-各iiJ f吃罔立件IlQ无压缩的TIF等。不可使用打印的SEM图像文件。5 SEM
16、图悔的在取和固悔内区域的m取本条款所述的SEM图像技取步骤通用于本标准所愤足的各S时图假(见第6条)。具体步醺如r:a)根据4.2所述制各样品。得到内图像!也符合4.3到4.10XdJ所肃的要求:b)在SEM闯像中j革择一-方%主域,至少包拈256x256个像幸。i芋JZ域不能包介任何额外附加数据(例如:政大倍数示、柯:尺、字?击、箭头等).最好平出现m叠的样品融粒:c)将所边的SEM图像保有成4.11所边的无压缩图像文件D6 评价方法6.1 橄述6.3到6.5条中所述的评价1J1l均基于电子束呈南斯分布的假设。因此这些方法所载得的结果并不6 DB44/T 1521-2015 代表真正的电子束
17、尺寸(见条款E.的。图6为SEM图像评价的常规流程图,包括6.2中所给出的CNR评价的通用流程。图像清晰度评价的基本程序如下:a)依照第5章,选择一张SEM图像:b)确定所选SEM图像的CNR(见6.2),并确保CNR不小于10;c)在频域或空域中(由所选方法决定计算所选SEM图像的清晰度因子劫。SEM图像的清晰度是由清晰度因子为2的二锥高斯函数对工值化SEM图像进行卷积后所产生的等效图像所决定的:注z计算过程与选择方法有关。d)图像清晰度为以2,k=11 J2 0 载入SEM阁像评价口、ffi.值执行盯洁、CG法或DR法图6SEM图像评价流程图6.2 衬度眼声比衬度噪声比(见4.7)的基本橄
18、念来源于庆:子影像领域。应判断所选SEM图像的CNR,仅当CNR注10时方可进入评价图像清晰度的F一步骤。t叫 7捞出了评价CNR值的流程图,流程细节参见附录Ao如果CNR.:.载入SEM图像a)计算CNR值 结束停止国7评价CNR流程固图8(a)选用的SEM图像loi,j),固悔尺寸为L=256:(b)二值固悔18(i,j)(c)卷积图像Ic(i,j;2),2=4 pixels;(d)卷积图像1c(i,j;2),2=6 pixels;0844/T 1527-2015 Y 4 3+-2 X-25 X一水平州;!j(像制)-15-10-5。Y一-FT强度瓦H(兀),丰代替字母C、N、。圄9以常用
19、对数绘制的平均平滑博里肘变换曲线FOf/(几)对应选用的SEM固像Io(i,j),FCH(元;2)和尺i.(九;2OH)分别对应卷积图借1c(i,j;2)和1c(i,j;2OH)6.3.2 卷积图像的生成具体步骤如下:1)将选择的SEM图像10(i,j),采用3x3中Wi虑被日.得到滤波图像IOF(i,j):2)由IOF(i,j)计算直方阁H(S),再采用9点移功中均算泣得到平滑直方图Hs(8)。然后计算hs(8)=logloH s(8)+1;3)利用hs(S)分别得到基底和颗粒亮度值SL和Slf(自11:最高弘度和晕!照亮度),并得到一个阔值(SL+SH)/2:的利用闽值(SL+SH)!2产
20、生-个二值图像1e(i,j);的为所选罔像10(i,j)添加信号强度S=192.颗粒信噪比为30的自噪声:6)将二值图像18(i,j)与具有不同清晰度因子2的二维高斯函数进行卷积,产生卷积图像IcCi,j;2);其中2=2(N),从2(1)=1开始,每个对应于高斯分布的标准偏差,N(斗,2.)是步骤序数:7)调整不同卷积图像Ic(i,j;2)的强度,使其最大强度和最小强度分别为8H和SLa9 0844/T 1527-2015 6.3.3 傅里叶变换图案曲线的生成具体步骤如下z1)对所选SEM图像10i,j)和不同卷积图像1cCi,j;2)执行傅里叶变换。Go(J;,儿)和Gc(兀,元;2)分别
21、代表10(i,j)和lc(i,j;2)的傅里叶变换图案:2)得到IReGoCt;,几)I水平方向的平均平滑值和IReGo(兀,几)I垂直方向的平均平滑值,并且通过计算其常用对数,得到曲线FOHA(lj)和Fo阳(兀):注:Re(.J代表实部.1.1代表绝对值。3)分别沿着曲线FOHA(元J和Fo阳(J;)的水平c方向和垂直fi方向采用5点移动均值算法得到均值曲线F。川Ij)和Fov(兀);4)用同样方法由Gc(兀,1);2)得到均值曲线FCH(!j;2)和几以兀;2的。6.3.4 计算临时图像清晰度R用。具体步骤如F:1)确定曲线Fo川兀)不IJFov(兀)的噪声区域,通过线性近似在噪声区域分
22、别得到噪声函数FNJI(J)和F:vv(J;);2)利用职点U;,fj)的信号和1I噪声强度,113均值曲线FCHB(元;2)和几V8(兀;2)计算校正曲线FCH(九;2)和Fcv(兀;2);3)用FOHl九)、FN川f)和一个指定常数CN得到兀=Ij(的值,然后通过线性插值由jc计算水平坐标jH;4)过水平也标jI故垂线,与己得到的函数相交,确定三个坐标点,t!p II 在曲线FO/l(儿)上乓H在市线FNf/(j)上和乓/lr在曲线FCH(fj;20/1),如|罔9;5)用同样方法的古凡在曲线Fov(f)J-.,R在n:统FNU;)上有1PII在曲线Fcv(/;21于RpxO。6.3.5
23、计算图像清制度Rpx具体步骤如下:1)由清晰度因子2。计算系数Cp用于校正;2)利用系数Cp得到校正币的清晰度因子2c;3)由Rpx=2l.fi评价图像清晰度Rpx6.4 对比梯度?去CCG)6.4.1 慨述对比梯度法是基于对图像中每个像京的强度梯度进行提取,具体为在以各个像素为中心的3X3像素范围内进行二次曲面拟合(见国11b)。对比才开i度法得到的图像清晰度RCG与梯度剧权调和平均值成4q、4Ea10 四44月1527-2015反比。最终,利用具有不同清晰度因子2的标准图像,可将对比棉度图像清晰度RCG转化为图像清晰度R囚。图像清晰度基本不依赖于噪声,在评估时将CNR作为一个给定参数。图1
24、2给出了CG法主要流程圈,包括以下流程6.4.2到6.4.50流程细节见附录Co6.4.2 计算原始图像的CG图像清晰度RCG6.4.2.1 概述利用缩减因子r(=1,2,3,4,5,6,8,10,12,15,20)得到一系列缩减图像。每幅缩减图像标示为(lIr)-size图像(l/2-size,1/4-size等)。依此规律.r=t时的(lIr-size)图像即为原始图像。图像缩减的目的是用牺牲采样频率的方式减少罔像噪声。在下文的程序b)中计算了以下四种清晰度:局部清晰度、定向清晰度、定向均值清晰度和CG图像清晰度。前三种情晰度是对每个缩减图像计算得到的。最后一种清晰度,表征了图像的特性,由
25、对应r的R和6RJR曲线确定,其中6R体现了R的波功。开始载入SEM图像生成卷积图像产生傅旦叶变换图案曲线计算临时图像清晰度Rpxo计算图像消制度Rpx结束图10傅里叶变换法处理迫程流程固11 15 DB制/11521-2015 注次向国a)原始SEM圈像b)与原始图像相关的深度图像,显示了对以各像章点为中心3X3区域进行拟合所得到的典型二次曲面国11原始SEM图像和对以像章为中心3X3区域进行二次曲面拟合的深度固像6.4.2.2 局部清晰度在每幅图像中,任才象京(ij)的局部清晰度计算如干:RpU,j;B)=2Clg(i,j;)式中.6.C-衬度阔但g(i,j;的一-2丁定J信息。的局部梯度
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