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

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.111.111.111.111 111.111.111 111 111.1 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 111111.111 111 111.111 111 111 111 111 111.111.111.111.111 111 111.111.111.6 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(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(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。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 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12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。的局部梯度局部梯度通过将午;次由!内i扭1斗到!j.锦索(，j)为中心的3X3区域t得到。拟台误差g决定了Rp中的披4iJ，即Mp。6.4.2.3 定向清晰度定向清晰度凡是方位角为0的第k个崩形区的jA部清晰度加权调和平均值。.6.RJRk值可由.6.RpIRp计算得到。6.4.2.4 定向均值清晰度定向均值清晰度R是儿的均方根。.6.R/R的值由.6.RJ6Rk计算得到6.4.2.5 CG图像清晰度CG图像清晰度定义如下。对于所有缩减图像，画出R手I1.6.R/R对应r的图表，其中，当r=1时，R和6RIR的值就是Rr和6R)Rr的值。由此，当.6.RIR为最小值时的缩减因于rmin即可确定。CG图像清晰度RCG定义为r=rmin时的R值。由于D.RlR是取最小值，因而CG图像清晰度认为是可信的。喋声量对清晰度的影响是固有的。12 D844/T 1527-2015 6.4.3 标准圆悔的生成及其CG圄悔清晰度RCG的计算将一个二值SEM图像与具有不同清晰度因子2的高斯函数做卷积，井添加高斯随机嚼声，由此得到的图像即为标准图像。标准图像的衬度噪声比与原始SEM图像的衬度噪声比相等。6.4.4 转换常数A和B的技正转换常数随SEM图像的结构、尺寸及图像暗声的变化而变化。因此，对于每张SEM罔像的评估，转换常数需要用具有不同己知清晰度因子2旦的标准图棒挂E校正。6.4.5 式中t用校正常数A和B将Rca转化为图像清晰度RES结束国12CG 洼的谎程示意固13 置8ft1.!0844/T 1527-2015 6.5 微分法6.5.1 概述微分法是以边缘轮廓的提取以及误差函数对边缘轮廓的拟合为基础的。该方法建立在边缘清晰度与瑞利-阿贝(Rayleigh-Abbe)准则规定的参数有关的事实上，因此该方法能确定边缘清晰度。为此，可将边缘轮廓转化为误差函数模型。假设点扩散函数是高斯分布，那么SEM图像的边缘轮廓就可近似为误差函数。对阁像中所有的提取轮廓均进行误差函数拟合，见图13。由其平均值可得到清晰度因子。因14给出了微分法的基本流程，包招以下6.5.2到6.5.5程序。程序细节在附录D中给出。注-一误差函数拟fT图13微分法基本楠念示意图6.5.2 二值掩模图像M(x，y)的生成具体步骤直II干:1)梯度l幅值GM(x，川由原始用像与标准偏差。等-f2个像章的-阶微分高斯函数做卷积得到:2)根据1平均阐值由GM(x，y丁ii算出工值化图像B(x，y):3)将B(x，y)进行一次二li附忌贺，句:;47:值化掩，模图像Mx，y).将位于罔像边界的目标像京置苓井去除那些仅包含少量像章的HKE句。6.5.3 边缔位置图E(x，y)的生成具体步骤古r(F:1)将原始图像与标准偏差为o的-.阶和二阶傲分南斯函数!故在职，得到地奋位贾图像f飞(x，y);2)根据M(x，y)rll的 工平均削值，可由PL(x，y)-1乓(x，y)1的届大fll计算二值掩模M1(x,y);3)在M.(x，y)上执行-.次值闭运算，抽取骨架后计算原始二值边缘位置图像E1(x，y):1)在E1(x，y)中仅考虑沿着轮廓钱彼此分离歪少10个像素以上的位置点，由此计算得到边缘位置图E(x，y)0 6.5.4 边缘轮廓RU，y)提取及误差函数拟合14 四44月1527-2015具体步骤如下zl 在梯度幅值GM(X，y)归一化的基础上，计算E(x，y)中所有位置上的归一化梯度GN衍，y);2)亚像素轮廓位置Ps;(x，y)是在E(x，y)给出的初始边缘位置处措GN(x，y)的正负两个方向以0.5像素间距提取得到，共取41个位置:3)位于乓，;(x，y)的亚像素强度值ptb，y)是通过在原始图像相应轮廓位置上进行三次插值得到的:4)对每个Pj(x.y)进行误差函数拟合，由此计算边缘锐度Sj井存储。6.5.5 计算图像清晰度RDR具体步骤如下:1)平均所有确定为边缘斜坡的边缘锐度值，即为整体边缘锐度s:2)图像清晰度RDR可计算为RDR=.fis 0 7 检测报告7.1 帽述开始加载SEM阁像生成-个二元掩模图像M帜，y)生成个边缘位置图ECx,y)提取边维轮廓Pj(x,y)jj二拟合误差函数计算图像清晰度RnR结束固14徽分法流程固编写的测试报告应准确、清晰，井与本技术规范中描述的评价方峰的特定指示相符。除了评价的结果，还应提供GBrr27025-2008中5.10.2条中指定的信息。在已与外部客户签订协议或者与内部客15 1包DB44/T 1527-2015 户达成共识的情况下，测试结果可以简化的方式给出。如有关于GBrr27025-2008中5.10.2条的相关信息未报告给客户，检测实验室应存档留底，方便随时查找。7.2 报告内容测试报告应包括如下项目以及其他可能影响报告结果的有关资料(测试报告的范例在附录H中给、BJ出a)测试报告标题:b)实验室的名称和地址:c)测试报告的识别编号:d)委托客户的名称和地址:e)使用方法的名称(即FT法，CG法或DR法)f)制造商名称、型号、仪器序列号:g)使用的样品材料的名称:h)操作参数值z加速电压(单位为kV)，工作距离单位mm)和放大倍数，必要时也可桥加其他附加信息(如:成像模式，扫描速度等);i)原始SEM图像，图像尺寸和数据文件，所地罔像的文件名，二元SEM图像文件及其文件名和图像尺寸(像素数);j)评估操作人的姓名;k)于估的H期和时间:1)评估证书的搜权签字人姓名，职务及签名:m)结果只对所测试顷口有效的声明。报告结祟中使用的鼠始扫描电镜罔像和所j在扫描电镜罔像的数据文件应在特定的强制朋限内保存。实验室接发的!llrr试报告Jili注明该报告的转载必须完整并且得到实验室的白面许可。.1 四44月1527-2015附录A(规范性附景材度幌声t的详细说明A.1 幢述本附录提供了村庄噪声比(CNR)的评价细节。图A.1结出了CNR评估的流程图。A.2 中值撞撞图像的注1，3X3中值滤波的原理示于国A.2.啊也且i直滤植是先韭部非E域内惶亦由强度挂升序(现阵序)排列，然后将像素(i，.h的强度1(i,J丁用中拍l像章(或第五个像章的强度代替q注2:闺像中任-.惶素的位置表示为(j，j)，真中j(虱j)O.1,2,.i_,(W:J.),注3:i.，(或j.，)=511(或255)(取决于凰始SEM的罔惶惶章盘，即512X512或256X256)边界像章的中值植波处理如下:Four(i，j丁=M皿N(i-1,)-1)，乓N(i-1,j),FlN(i-1,)+l),FrN(i,)-l),F/N(i,j),FlN(i,j+1),F/N(i+1，)一1)，F/N(i+l,j),F/N(i+l,j+1)式中FlN(i，j)是输入图像数据.511i，jO(对应512x512像素的SEM图像)Fo盯(i，j)是3X3中值滤披数据。中值滤披函数MED(a1，吨，.，aN)按升序排列an值(n=1,2,.N).并l7 2.0.D844/T 1527-2015 且当N为奇数取中间值，当N为偶数时取第N/2和第(N/2)+1个值的平均值。注z当i-1 511,j-1 511时，忽略FIN()中的相应参数并执行Mw.，./(;-1,-1)1队具-1)珩+1，J-1)1(;+1,/)盯-1,j)1(;,/)1(;+1,+1)图A.23X3中值滤波的原理:图中表现了3X3区域中的像素(i,j)及其相邻悔素A.3 图像躁声标准偏差n的评估(imax+l)x(jmax+1)式中Imed(i，j)和I(i，j)分别是兰次中值滤波图像和SEM图像在像素位置(i，j)上的强度。、，F.,M ra飞,J、，y.,d m,a 阳、domrFFE-月三周.(A.1)=n 注:分碍(i阳+l)X(Im.+1)对应于中值滤披区的全部像素。(见回A.3)叩(1.0)(i.,0)(nwx,irtWx)图A.3三次中值滤波强度图18 在i四44月1527-2015A.4 固偏衬度C;mage的确定具体步骤如下:a)将三次中值滤波SEM图像分割成9(或3X3)部分，得到的图像如图A.4;1:对于图像imax戚jmax)=511,i(戚j)区域被划分成三个范围，1到170，171到340和341到511:对于图像imax(或j max)=255,i(或j)区域被划分，1到84，85到169和170到2540说明1-一分割图像图A.49部分割圈像b 对于每个分割部分S，将其强度按:Jl序或降序排列，如图A.5的序列。Y o Zrr由、.BV.说明11一二强ft值y-一一元i宗教地(罔像中且有对应强度值的像索辈!tl:)l二序列中全部元素数最的o.2%zI.255 图A.5分割图悔s的强度序列X 19 锣倪DB44月1527-2015c)对于每个分割部分S，通过求降强度序列中第一个到第q个强度值的算术平均值计算Zm缸，叫通过求升强度序列中第一到第q个强度值的算术平均值计算Z。此处，q为一个整数，回血，町，s第一个到第q个强度值所包含的元素数量占全体序列元素数量的0.2%.Q的最小值为1.d)强度阙值Z,hreshold.s-av的确定如下zZ，hresh仙.(A.2)e)由下式确定平均值Avzmax.av.s和Avzmin，nv.A四m拙，a.3=A verage(only for Z mu川Z,ltreshold.s-av)of(Zmax，a咐，Zma川.1，Z四川，8).(A.3)A2mina，.s=Average(only for Zmin.av.s Z,hresllOld,.-av)of(Zmin,av.O Zmin,av.P Zmin.a,.,8).(A.4)f)由下式计算图像的临时衬度C呐，ctemp=AVZB1uuuv s 44vzmin av.、.(A.5)g)用校正项kcorrXn校.iEC，emp得到图像衬皮Cimage其中kcorr=1.38(经验值)Cjmage=C的咿-KCO厅.(A,6)A.5 评估SEM图像的CNR值CNR=Cjmg/-.仙.7)Avzm毗Ul，S和Avzmin.a町的值应分别在如下范围，245主AVZ max,a.S二三170.80二三Avzmin，av，s 10(8 iJ:灰阶)。如果该值不在它们相网的范n;l，则舍弃该SEM图像。20 D844/T 1527-2015 附录B(规范性附景)僻里叶变换法(FT)详述B.l 辄迪该附录提供了应用FT法的详细步骤。图B.l是幅SEM图的实例。固B.1 SEM图实例8.2 卷积固悔的产生B.2.1 对选定的SEM图像lo(i，)依次进行3次未如权3X3中值植搜处理，得到撞撞图像OF(i，j)，程序见B.6.1条。6.2.2 产生浦披图像IOF(i，j)的直方国H(S)(其巾，SO,1,2,3,.,25到8.2.3应用B.6.2条中的程序，来用9点窗口，由H(S)在取平滑直方回Hs(的。然后计算hs(S)=log，oHs(S)斗1108.2.4 由平滑直方国相.fIJ两个的.强哽S和SH。然后通过下列程序确定阔值Sr;a)分别在口，127J和128.25!j10:可找出hs(s)的最大值hs(s，)和hS(S2)，需满足以下条件zhs(sl-16)-hs(s，)丑!hS(SL+16)hS(SL)hS(S2-16)hs(S2)和hSS2卡16)hS(S2)96 S2-S.，hs(s，十S2)/2J hs(s()-O血和hs(sl十_2)/2 hs(sz)0_02 然后将SI眠值到SL将S2赋值到SH井转至步骤引d否则，转至步骤2)。如果SJ-16 0或25582+16.分别用hsO)或hs(2S5)代昔hs(sl-16)或hS(S2+16)b)得到信号强度S的最大值SA扣最小值SB那么在区间0，SA-1和S1l叶，255中Hs(S)直方图强度的总和接近于全图像像章总数L2的0.2%(少于0.2%)0然后按照ht计算两个信号强度SL和SHSl,=SA+CR乒;和Slf=SB-CR乒;式中CR=(SB-SA)/128 c)计算闽值Sr(见罔.2)ST=(SL+SH)/2 2l 1量主fr D844/T 1527-2015 说明:Y 4 3 2 o st.。64 X一一一信号强J主s(从()到25.)Y一-hs(s)(x.J数值)128 图8.2平滑直方图实例B.2.5 rJ-I用阔值S7得到一.l1像ly(i，)(Yt!.阳B.:3)口圄B.3 二值图像IB(i，j)实例&192 256X B.2.6 添加f:fl噪声到边走阁像10(i，j)，使得树相关i噪声的影响被忽略不计，具体操作如下:22 DB44/T 1527-2015 a)对信号强度S=192，设置SNRp(颗粒信噪比)为30，计算选定图像强度1oi，j)的噪声强度s,(i,j):sn(i,j)=10i,j).S山/SNRp=10(i,j).192J川/30b)噪声图像强度ION(i，j)的获取:10N(i,j)=10(i,j)+s,(i,j).rG 式中，rG是一个随机值，其服从平均值为0，标准偏差为1的正态分布。注:当ION(i，j;2)255时，世10N(i，j;2)为255将10N(i，j)赋值到10(i,j)B.2.7 周二值图像1B(i，j)与具有不同清晰度回子20的二维商斯函数IG(i，j;2)(由下式给出)做卷积，得到卷积图像Idi，j;2)。1 G(i，j;2)=exp-(i2+/)J 4-式中是高斯分布的标准偏差。具体步骤如下:a)首先设置请晰度因子20(N=l)为1，在评价过程中，2(N)以下面的方式增加:如果l运N运8.那么2(N)=N;如果9运N，那么2(N)=2Q+l+2Q-1 (N-4Q)式中Q是N/4的整数部分CN=4Q十余数)注N是步骗序数.N和如川的li大值分别为24+4(logL)-8和LI2b)计算工值图像1B(i,j)的傅里叶变换图案GB(刀，兀)c)用同样方法计算清晰度因子2等于第N步2(N)的高斯函数1G(i，j;2)的傅里叶变换固案GG(兀，j;2)d)计算GD(/;，们如GG(儿fj;2)的乘积Goa(兀，fj;2):GBC/;，几).GG(儿1);2)e)应用傅里叶逆变抉由GOGC几;2)得到图像1BG(i,j;2)f)担F式得到卷职图像1c(i，j:2)(I B.4)S-s Jc(i，j;2)=1/VL 一I!l(;(i，j;2)I+SL max 1川，j;2)iJ可式中，数学符号1.1表示绝对值，max L.J表后最大伯23 辆27 DB44月1527-2015a)2=2个像素b)2 a=4个像素c)20=6个像章图8.4图像尺寸L=256的卷积图像Jc(i,j;2)实例8.3 FT图案曲线的生成24 以下步骤a)、c)、d)和巳只需在步数N=l时，对选定SEM阁像lo(i，j)执行一次。a)计算图像Ioi，j)的仰里叶变换图案Go(f;，Jj)b)计算卷积四像lcCi，j;2)的傅电叶变换|绢案Gc(兀，J，;2)c)得到Go(儿几)的实部Re Go(f,Jj)，然后得到实部Re Go儿f)的绝对值I Re(G 0(f,fj)J I Q d)1R取IRe Go(J:.J)I垂直厅向的平均值和水平万向的平均缸，然后按F式计算其常用对数:凡阳川U)=10叫川jL fpJ=L/2 Fy(j;)=lOMf叫ilReGtdM)|L士i，、民一式巾，取值1040，以应免计iJ见10gI(夕，L是图像尺寸的在元的-LI2，(LI2)-1J 15/，oJrjl以5点也从F()，lt，(几)计算水平方向平滑曲线几H(fj)且体程序见8.6.20用相同7ir去由FOVA(J:)计算Fov(f;)f)获取Gc(儿Jj;2)的实部ReGc(儿几;2)L然后获取R(Gc(儿元;2)的绝对值;Re Gc(兀，1);2)I 0 g)获取IRe GcCJ;，元;2)I的垂直平均值和水平平均值。然后按下式计但其常用对数:FCHA(J;20-)=问。e+工艺ilReGJPA;2)I L IJrLJ2 FCVA(/;2作loglOE 4 四44月1527-2015的在!j序列区间-LI2，(L/2)-I中以5点窗从乓/IA(元;2)计算水平方向平滑曲线FCHB(元;2)，具体程序见B.6.20用类似方怯由FCVAU;2)计算FCyB(!r;2)8.4 计算临时固悔清晰度Rpxo以下步骤a)到f)仅在步数N悻=1时a剖)用B.6.3中描述的最小二乘法计算斜率率矗mH和截E距巨bH得到钱性困数，其近似以于在式!j的区间-L 1 2,-(L 14)-1中的平滑曲线FOH(几).用同样方法计算在!r的-L1 2,-(LI 4)-1区间中的平滑曲线FOY(兀)的斜率my和截距byD b)按下式确定曝声函数:F NII(Ij)=m H.fj+bH FNyU;)=my.J;+bv c)用(兀，儿)原点处的信号和噪声强度计算校正曲线FCH(!J;2)和Fcy(fJ;2):F二H(儿;2的=F川1;2)-FCHB(0;2)-loglO(10Fo川的_10bu)FCY(/;2的二FC川J;2)-乓川0;2的一)oglO(1OFav(的-10鸟)为验证计算，推荐FOH(几)和F(几;2)的曲钱画为水平方向Fov(兀)和Fcv(fJ;2冽的曲线画为垂直方向，如图B.5所示。d)按如下方式得到水平方向坐标兀=fjH:1)将参数A和B设为zA=凡H(1),B=F fm()+C N 式中，CN是献国子u=r傅里叶雪间中的卷积图像快走，其取值如下zCN=loglo(1十a.+.:laN)式中，N=0.5;D.aN=-0.05(经验值)2)设置fj=-LI2为初始值，如王增加(，直到条件A 10-4时fill=具一一一-一+(Iic-1)J.与JfCljc)一Fwr(!jC-1)+m川J-A-B豆10-4时，JjH二兀c25归DB44/T 1527-2015 飞机26 说明:5 4 3 2 叶1.128-64 o X1 64 5 4 3 2+1 128-128