ICS 71.040.40 G 04
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T33838—2017/ISO/TS24597:2011
微束分析 扫描电子显微术
图像锐度评估方法
Microbeam analysis-Scanning electron microscopy-
Methods of evaluating imagesharpness
（ISO/TS24597:2011,IDT)
2018-04-01实施
2017-05-31发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布 GB/T33838—2017/ISO/TS24597:2011
目 次
前言
范围规范性引用文件
-
2
3 术语和定义
获取SEM图像的步骤 4.1 概述 4.2 试样 4.3 试样倾斜 4.4 视场选择 4.5 像素大小选择 4.6 图像亮度和衬度 4.7 图像衬噪比 4.8 图像聚焦和像散 4.9 外部因素干扰 4.10 错误衬度 4.11 SEM图像数据文件 SEM图像获取及图像区域选择
4
5
6 评估方法 6.1 概述 6.2 衬噪比 6.3 傅立叶变换(FT)法 6.4 衬度-梯度(CG)法 6.5 导数(DR)法
12
A
测试报告 7.1 概述 7.2 测试报告内容附录A（规范性附录） 衬噪比（CNR)细节附录B（规范性附录） 傅立叶变换（FT)法细节附录C（规范性附录） 衬度-梯度（CG)法细节附录D（规范性附录） 导数(DR)法细节附录E（资料性附录） 评估图像锐度的背景附录F（资料性附录） 各种评估方法的特征和适用性附录G（资料性附录） 用于评估图像锐度的试样的制备方法附录H（资料性附录） 测试报告示例参考文献
L
14 14
15
19
32 42 59 63 66 68 70 GB/T33838—2017/IS0/TS24597:2011
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准使用翻译法等同采用ISO/TS24597：2011《微束分析 扫描电子显微术 图像锐度评估方
法》。
与本标准中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下：
GB/T21636—2008微束分析扫描电子显微术术语（ISO22493：2008，IDT）。 本标准由全国微束分析标准化技术委员会（SAC/TC38)提出并归口。 本标准起草单位：中国科学技术大学物理学院，本标准主要起草人：丁泽军、阮瞩。
- GB/T33838—2017/IS0/TS24597:2011
微束分析扫描电子显微术
图像锐度评估方法
1范围
本标准规定了用于评估扫描电子显微镜（SEM)生成的数字图像锐度的3种方法：傅立叶变换（FT) 法、衬度-梯度（CG)法、导数(DR)法。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T27025—2008检测和校准实验室能力的通用要求（ISO/IEC17025：2005，IDT） GB/T27788—2011 微束分析扫描电镜图像放大倍率校准导则（ISO）16700：2004，IDT) IS(）22493微束分析扫描电子显微术术语（Microbeamanalysis-Scanningelectronmicro
scopy-Vocabulary)
3术语和定义
GB/T27788一2011和ISO22493界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
像素pixel 数字SEM图像中不可再分的最小成像单位。
3.2
像素大小 pixelsize SEM图像中单位像素的试样长度，单位纳米（nm）。 注：水平和垂直方向的像素大小应一致。
3.3
二值SEM图像 binarySEMimage 转换后只有两个灰度级的SEM图像
3.4
卷积图像 家convolutedimage 二值SEM图像与二维高斯分布经卷积后所得的图像
3.5
锐度因子sharpnessfactor 用于生成卷积图像的高斯分布之标准差的两倍（2）。
3.6
图像锐度（图像清晰度） image sharpness 锐度因子除以2的平方根（即2c//2），认为SEM图像的锐度因子与用标准差为的高斯分布所生
成的卷积图像的相同。
- GB/T33838—2017/ISO/TS24597:2011
3.7
衬噪比（CNR） contrast-to-noise ratio I.一I与。的比值.其中I和I.分别是物体与背景的图像强度，。是图像噪声的标准差
3.8
傅立叶变换（FT)法 Fouriertransformmethod 通过比较SEM图像与卷积图像各自的傅立叶变换分布来评估图像锐度的方法。
3.9
衬度-梯度（(CG)法 contrast-to-gradient method 通过SEM图像的二维灰度分布图的权重调和平均梯度来评估图像锐度的方法。
3.10
导数（DR）法 derivativemethod 用误差函数拟合SEM图像中颗粒边缘梯度方向的分布来评估图像锐度的方法。
3.11
视场 5fieldofview 对应整幅SEM图像的试样的区域。
4家 获取SEM图像的步骤
4.1概述
为获取SEM图像，非常重要的是首先要调节好显微镜的状态（例如，详见GB/T27788一2011中的附录B)。图像锐度依赖于：(1)试样本身；(2)图像前景与背景的结构光滑度；（3)亮度与衬度；（4)衬噪比（CNR）。因此，对这里所述的评估图像锐度的3种方法，都需要遵守4.2～4.10中描述的过程，它们对应于以上评估图像锐度的各种因素。尤其是应注意调节电子束流和聚焦条件，以获取最佳要求的亮度和衬度（见4.6)及衬噪比（见4.7）。 4.2试样
截至本标准出版时，尚未有指定的有证参考物质（CRM）。然而，可以通过附录G中描述的方法来制备试样以得到可接受的结果。选择有平滑表面的试样。为评估图像锐度，需选择试样的一部分，其中含有置于衬底上的圆形颗粒。按照4.4中选择的放大倍率获得所需的图像。
注：对电子剂量敏感的材料不适于用作为评估图像锐度的试样。 4.3 3试样倾斜
设置试样倾斜角为0°（非倾斜条件）。 注：士3°内的试样倾角误差不会影响图像锐度的评估
4.4视场选择
选择的视场应包含平坦光滑的表面，因为图像锐度随表面平整度（其实是非平整度）而改变。图 1a)和图1b)分别显示了合格与不合格的视场。选择数十个像素大小的颗粒[见图1a)。
2 GB/T33838—2017/ISO/TS24597:2011
a) 可接受图像
b）不可接受图像
图1a)可接受的有结构前景的SEM图像，b)不可接受的有结构前景的SEM图像
4.5 像素大小选择
4.5.1 概述
在评估图像锐度之前，需要根据GB/T27788一2011标定图像放大倍率和/或标尺。 4.5.2 由视场确定像素大小
像素大小L，（单位nm）由下式确定：
LFOV
Lp= N
式中： LFov SEM图像上视场的水平宽度，单位为纳米（nm）； N,
占据视场水平宽度内的所有像素的数目。
4.5.3 由标尺确定像素大小
像素大小L，（单位nm）可根据标尺按下式计算：
L scalk Lp= Nescale
式中： L scale 标尺的指示值即标称值，单位为纳米（nm）： N sale 占据标尺长度的所有像素的数目。
4.5.4像素大小转换
本标准中各种方法计算的图像锐度（Rpx）单位是像素数。转换成纳米为单位后，图像锐度R，由下式给出：
R,=LXRpx
式中L,是像素大小。 设置像素大小为图像锐度期待值的40%左右。例如，当图像锐度期待值为2nm时，设置像素大小
为0.8nm
3 GB/T33838—2017/ISO/TS24597:2011
4.6图像亮度和衬度
图像的信号强度应有较宽的分布。图2a）、b)、c)和d)给出了合格与不合格的亮度和衬度的图像的示例。为直观起见，给出了在每幅图像上相同垂直位置的点线处所对应的线扫描分布。
n
U
b）不可接受（过饱和）图像
a）可接受图像
MAS
d) 不可接受（过饱和）图像
c）不可接受（欠饱和)图像
图2可接受与不可接受的亮度和衬度的SEM图像
4.7 图像衬噪比
图像的衬噪比（CNR)应不小于10。本标准中，CNR定义为图像衬度Cm与噪声标准差.的比值（见图3）。
CNR = Cimage /o,
确定CNR值的过程详见附录A。 图4给出了CNR值分别为5、10和50的模拟图像。 图5给出了CNR值分别约为4和30的SEM图像的示例。 注：为获得较好CNR值的SEM图像，需要调整束流大小和/或图像获取时间。必须意识到.这些参数会影响图像锐
度评估的结果， ICS 71.040.40 G 04
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T33838—2017/ISO/TS24597:2011
微束分析 扫描电子显微术
图像锐度评估方法
Microbeam analysis-Scanning electron microscopy-
Methods of evaluating imagesharpness
（ISO/TS24597:2011,IDT)
2018-04-01实施
2017-05-31发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布 GB/T33838—2017/ISO/TS24597:2011
目 次
前言
范围规范性引用文件
-
2
3 术语和定义
获取SEM图像的步骤 4.1 概述 4.2 试样 4.3 试样倾斜 4.4 视场选择 4.5 像素大小选择 4.6 图像亮度和衬度 4.7 图像衬噪比 4.8 图像聚焦和像散 4.9 外部因素干扰 4.10 错误衬度 4.11 SEM图像数据文件 SEM图像获取及图像区域选择
4
5
6 评估方法 6.1 概述 6.2 衬噪比 6.3 傅立叶变换(FT)法 6.4 衬度-梯度(CG)法 6.5 导数(DR)法
12
A
测试报告 7.1 概述 7.2 测试报告内容附录A（规范性附录） 衬噪比（CNR)细节附录B（规范性附录） 傅立叶变换（FT)法细节附录C（规范性附录） 衬度-梯度（CG)法细节附录D（规范性附录） 导数(DR)法细节附录E（资料性附录） 评估图像锐度的背景附录F（资料性附录） 各种评估方法的特征和适用性附录G（资料性附录） 用于评估图像锐度的试样的制备方法附录H（资料性附录） 测试报告示例参考文献
L
14 14
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32 42 59 63 66 68 70 GB/T33838—2017/IS0/TS24597:2011
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准使用翻译法等同采用ISO/TS24597：2011《微束分析 扫描电子显微术 图像锐度评估方
法》。
与本标准中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下：
GB/T21636—2008微束分析扫描电子显微术术语（ISO22493：2008，IDT）。 本标准由全国微束分析标准化技术委员会（SAC/TC38)提出并归口。 本标准起草单位：中国科学技术大学物理学院，本标准主要起草人：丁泽军、阮瞩。
- GB/T33838—2017/IS0/TS24597:2011
微束分析扫描电子显微术
图像锐度评估方法
1范围
本标准规定了用于评估扫描电子显微镜（SEM)生成的数字图像锐度的3种方法：傅立叶变换（FT) 法、衬度-梯度（CG)法、导数(DR)法。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T27025—2008检测和校准实验室能力的通用要求（ISO/IEC17025：2005，IDT） GB/T27788—2011 微束分析扫描电镜图像放大倍率校准导则（ISO）16700：2004，IDT) IS(）22493微束分析扫描电子显微术术语（Microbeamanalysis-Scanningelectronmicro
scopy-Vocabulary)
3术语和定义
GB/T27788一2011和ISO22493界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
像素pixel 数字SEM图像中不可再分的最小成像单位。
3.2
像素大小 pixelsize SEM图像中单位像素的试样长度，单位纳米（nm）。 注：水平和垂直方向的像素大小应一致。
3.3
二值SEM图像 binarySEMimage 转换后只有两个灰度级的SEM图像
3.4
卷积图像 家convolutedimage 二值SEM图像与二维高斯分布经卷积后所得的图像
3.5
锐度因子sharpnessfactor 用于生成卷积图像的高斯分布之标准差的两倍（2）。
3.6
图像锐度（图像清晰度） image sharpness 锐度因子除以2的平方根（即2c//2），认为SEM图像的锐度因子与用标准差为的高斯分布所生
成的卷积图像的相同。
- GB/T33838—2017/ISO/TS24597:2011
3.7
衬噪比（CNR） contrast-to-noise ratio I.一I与。的比值.其中I和I.分别是物体与背景的图像强度，。是图像噪声的标准差
3.8
傅立叶变换（FT)法 Fouriertransformmethod 通过比较SEM图像与卷积图像各自的傅立叶变换分布来评估图像锐度的方法。
3.9
衬度-梯度（(CG)法 contrast-to-gradient method 通过SEM图像的二维灰度分布图的权重调和平均梯度来评估图像锐度的方法。
3.10
导数（DR）法 derivativemethod 用误差函数拟合SEM图像中颗粒边缘梯度方向的分布来评估图像锐度的方法。
3.11
视场 5fieldofview 对应整幅SEM图像的试样的区域。
4家 获取SEM图像的步骤
4.1概述
为获取SEM图像，非常重要的是首先要调节好显微镜的状态（例如，详见GB/T27788一2011中的附录B)。图像锐度依赖于：(1)试样本身；(2)图像前景与背景的结构光滑度；（3)亮度与衬度；（4)衬噪比（CNR）。因此，对这里所述的评估图像锐度的3种方法，都需要遵守4.2～4.10中描述的过程，它们对应于以上评估图像锐度的各种因素。尤其是应注意调节电子束流和聚焦条件，以获取最佳要求的亮度和衬度（见4.6)及衬噪比（见4.7）。 4.2试样
截至本标准出版时，尚未有指定的有证参考物质（CRM）。然而，可以通过附录G中描述的方法来制备试样以得到可接受的结果。选择有平滑表面的试样。为评估图像锐度，需选择试样的一部分，其中含有置于衬底上的圆形颗粒。按照4.4中选择的放大倍率获得所需的图像。
注：对电子剂量敏感的材料不适于用作为评估图像锐度的试样。 4.3 3试样倾斜
设置试样倾斜角为0°（非倾斜条件）。 注：士3°内的试样倾角误差不会影响图像锐度的评估
4.4视场选择
选择的视场应包含平坦光滑的表面，因为图像锐度随表面平整度（其实是非平整度）而改变。图 1a)和图1b)分别显示了合格与不合格的视场。选择数十个像素大小的颗粒[见图1a)。
2 GB/T33838—2017/ISO/TS24597:2011
a) 可接受图像
b）不可接受图像
图1a)可接受的有结构前景的SEM图像，b)不可接受的有结构前景的SEM图像
4.5 像素大小选择
4.5.1 概述
在评估图像锐度之前，需要根据GB/T27788一2011标定图像放大倍率和/或标尺。 4.5.2 由视场确定像素大小
像素大小L，（单位nm）由下式确定：
LFOV
Lp= N
式中： LFov SEM图像上视场的水平宽度，单位为纳米（nm）； N,
占据视场水平宽度内的所有像素的数目。
4.5.3 由标尺确定像素大小
像素大小L，（单位nm）可根据标尺按下式计算：
L scalk Lp= Nescale
式中： L scale 标尺的指示值即标称值，单位为纳米（nm）： N sale 占据标尺长度的所有像素的数目。
4.5.4像素大小转换
本标准中各种方法计算的图像锐度（Rpx）单位是像素数。转换成纳米为单位后，图像锐度R，由下式给出：
R,=LXRpx
式中L,是像素大小。 设置像素大小为图像锐度期待值的40%左右。例如，当图像锐度期待值为2nm时，设置像素大小
为0.8nm
3 GB/T33838—2017/ISO/TS24597:2011
4.6图像亮度和衬度
图像的信号强度应有较宽的分布。图2a）、b)、c)和d)给出了合格与不合格的亮度和衬度的图像的示例。为直观起见，给出了在每幅图像上相同垂直位置的点线处所对应的线扫描分布。
n
U
b）不可接受（过饱和）图像
a）可接受图像
MAS
d) 不可接受（过饱和）图像
c）不可接受（欠饱和)图像
图2可接受与不可接受的亮度和衬度的SEM图像
4.7 图像衬噪比
图像的衬噪比（CNR)应不小于10。本标准中，CNR定义为图像衬度Cm与噪声标准差.的比值（见图3）。
CNR = Cimage /o,
确定CNR值的过程详见附录A。 图4给出了CNR值分别为5、10和50的模拟图像。 图5给出了CNR值分别约为4和30的SEM图像的示例。 注：为获得较好CNR值的SEM图像，需要调整束流大小和/或图像获取时间。必须意识到.这些参数会影响图像锐
度评估的结果，