ISO/TS 24597:2011

Microbeam analysis — Scanning electron microscopy — Methods of evaluating image sharpness

ISO/TS 24597:2011 specifies methods of evaluating the sharpness of digitized images generated by a scanning electron microscope by means of a Fourier transform method, a contrast-to-gradient method and a derivative method.

Analyse par microfaisceaux — Microscopie électronique à balayage — Méthodes d'évaluation de la netteté d'image

L'ISO/TS 24597:2011 spécifie des méthodes d'évaluation de la netteté d'images numérisées produites par un microscope électronique à balayage au moyen de la méthode de la transformée de Fourier, la méthode contraste sur gradient et la méthode de la dérivée.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 06-Jun-2011
• ICS: 37.020 - Optical equipment
• Technical Committee: ISO/TC 202/SC 4 - Scanning electron microscopy
• Drafting Committee: ISO/TC 202/SC 4 - Scanning electron microscopy
• Current Stage: 9093 - International Standard confirmed
• Start Date: 18-Nov-2023
• Completion Date: 19-Apr-2025

Standards Content (Sample)

TECHNICAL ISO/TS
SPECIFICATION 24597
First edition
2011-06-15
Microbeam analysis — Scanning electron
microscopy — Methods of evaluating
image sharpness
Analyse par microfaisceaux — Microscopie électronique à balayage —
Méthodes d'évaluation de la netteté d'image

Reference number
©
ISO 2011
©  ISO 2011
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Fax + 41 22 749 09 47
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Web www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2011 – All rights reserved

Contents Page
Foreword .iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references.1
3 Terms and definitions .1
4 Steps for acquisition of an SEM image.2
4.1 General .2
4.2 Specimen.2
4.3 Specimen tilt .3
4.4 Selection of the field of view .3
4.5 Selection of the pixel size.3
4.6 Brightness and contrast of the image.4
4.7 Contrast-to-noise ratio of the image .5
4.8 Focus and astigmatism of the image .7
4.9 Interference from external factors .7
4.10 Erroneous contrast .7
4.11 SEM image data file.7
5 Acquisition of an SEM image and selection of an area within the image .7
6 Evaluation methods .8
6.1 General .8
6.2 Contrast-to-noise ratio.9
6.3 Fourier transform (FT) method .9
6.4 Contrast-to-gradient (CG) method.12
6.5 Derivative (DR) method.16
7 Test report.18
7.1 General .18
7.2 Contents of test report.18
Annex A (normative) Details of contrast-to-noise ratio (CNR).19
Annex B (normative) Details of the Fourier transform (FT) method.24
Annex C (normative) Details of the contrast-to-gradient (CG) method.40
Annex D (normative) Details of the derivative (DR) method .51
Annex E (informative) Background to evaluation of image sharpness.72
Annex F (informative) Characteristics and suitability of the various evaluation methods .77
Annex G (informative) Method of preparing test specimens for evaluating image sharpness .81
Annex H (informative) Example of test report.83
Bibliography.86

Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
In other circumstances, particularly when there is an urgent market requirement for such documents, a
technical committee may decide to publish other types of document:
— an ISO Publicly Available Specification (ISO/PAS) represents an agreement between technical experts in
an ISO working group and is accepted for publication if it is approved by more than 50 % of the members
of the parent committee casting a vote;
— an ISO Technical Specification (ISO/TS) represents an agreement between the members of a technical
committee and is accepted for publication if it is approved by 2/3 of the members of the committee casting
a vote.
An ISO/PAS or ISO/TS is reviewed after three years in order to decide whether it will be confirmed for a
further three years, revised to become an International Standard, or withdrawn. If the ISO/PAS or ISO/TS is
confirmed, it is reviewed again after a further three years, at which time it must either be transformed into an
International Standard or be withdrawn.
ISO/TS 24597 was prepared by Technical Committee ISO/TC 202, Microbeam analysis, Subcommittee SC 4,
Scanning electron microscopy (SEM).
iv © ISO 2011 – All rights reserved

Introduction
The International Organization for Standardization (ISO) draws attention to the fact it is claimed that
compliance with this document may involve the use of patents concerning the evaluation method using the
contrast-to-gradient (CG) method given in 6.4.
ISO takes no position concerning the evidence, validity and scope of this patent right.
The holder of this patent right has assured ISO that he/she is willing to negotiate licences under reasonable
and non-discriminatory terms and conditions with applicants throughout the world. In this respect, the
statement of the holder of this patent right is registered with ISO. Information may be obtained from:
Patent holder: Hitachi, Ltd.
Address: Marunouchi Center Bldg., 6-1, Marunouchi 1-chome, Chiyoda-ku, Tokyo, 100-8220, Japan.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights other than those identified above. ISO shall not be held responsible for identifying any or all
such patent rights.
TECHNICAL SPECIFICATION ISO/TS 24597:2011(E)

Microbeam analysis — Scanning electron microscopy —
Methods of evaluating image sharpness
1 Scope
This Technical Specification specifies methods of evaluating the sharpness of digitized images generated by a
scanning electron microscope (SEM) by means of a Fourier transform (FT) method, a contrast-to-gradient
(CG) method and a derivative (DR) method.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 16700:2004, Microbeam analysis — Scanning electron microscopy — Guidelines for calibrating image
magnification
ISO/IEC 17025:2005, General requirements for the competence of testing and calibration laboratories
ISO 22493, Microbeam analysis — Scanning electron microscopy — Vocabulary
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 16700 and ISO 22493 and the
following apply.
3.1
pixel
smallest non-divisible image-forming unit on a digitized SEM image
3.2
pixel size
specimen length, in nanometres, per pixel in an SEM image
NOTE The horizontal and vertical pixel sizes should be same.
3.3
binary SEM image
converted SEM image in which there are only two brightness levels
3.4
convoluted image
image obtained by convolution of a binary SEM image with a two-dimensional Gaussian profile
3.5
sharpness factor
twofold standard deviation (2σ) of the Gaussian profile used to make a convoluted image
3.6
image sharpness
sharpness factor divided by the square root of 2 (i.e. 2σ/√2), the sharpness factor of an SEM image being
considered the same as that of a convoluted image produced with a Gaussian profile of standard deviation σ
3.7
contrast-to-noise ratio
CNR
ratio of I − I to σ , where I and I are the image intensities for the object and the background and σ is the
A B n A B n
standard deviation of the image noise
3.8
Fourier transform method
FT method
method of evaluating image sharpness by comparing Fourier transform profiles of an SEM image with those of
convoluted images
3.9
contrast-to-gradient method
CG method
method of evaluating image sharpness using weighted harmonic mean gradients of the two-dimensional
brightness distribution map of an SEM image
3.10
derivative method
DR method
method of evaluating image sharpness by fitting error function profiles to gradient directional-edge profiles of
particles in an SEM image
3.11
field of view
area of a specimen that corresponds to the whole SEM image
4 Steps for acquisition of an SEM image
4.1 General
For SEM image acquisition, it is important to first adjust the microscope conditions (for example, see Annex B
in ISO 16700:2004). Image sharpness is dependent upon (i) the specimen itself, (ii) the structural smoothness
of the foreground and the background of the image, (iii) the brightness and contrast and (iv) the contrast-to-
noise ratio (CNR). Therefore, follow the procedures described in 4.2 to 4.10 corresponding to the above
factors for evaluation of image sharpness by all the three methods described herein. Particular attention must
be paid to the adjustment of the electron probe current and the focussing conditions in order to obtain the
optimum requirements for brightness and contrast (see 4.6) and contrast-to-noise ratio (see 4.7).
4.2 Specimen
At the date of publication of this document, there was no designated certified reference material (CRM).
Acceptable results can, however, be obtained using a specimen prepared by the method described in Annex G.
Select a specimen with a smooth and flat surface. For evaluations of the image sharpness, choose a part of
the specimen which contains circular particles deposited on the substrate. Obtain the desired images at the
chosen magnification in accordance with 4.4.
NOTE Material which is sensitive to the electron dose is not suitable for use as a specimen for the evaluation of
image sharpness.
2 © ISO 2011 – All rights reserved

4.3 Specimen tilt
Set the specimen tilt angle at 0° (non-tilting condition).
NOTE Errors within ±3° in the tilt angle of the specimen will not affect the evaluation of the image sharpness.
4.4 Selection of the field of view
Select the field of view so that it contains a flat and smooth surface because image sharpness varies with the
evenness (or rather unevenness) of the surface. Figures 1 a) and b) show acceptable and unacceptable fields
of view, respectively. Choose particles extending over several tens of pixels [see Figure 1 a)].

a)  Acceptable image b)  Unacceptable image
Figure 1 — SEM images with a) acceptable and b) unacceptable structured foreground imag
...

SPÉCIFICATION ISO/TS
TECHNIQUE 24597
Première édition
2011-06-15
Analyse par microfaisceaux —
Microscopie électronique à balayage —
Méthodes d'évaluation de la netteté
d'image
Microbeam analysis — Scanning electron microscopy — Methods of
evaluating image sharpness
Numéro de référence
©
ISO 2011
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT

©  ISO 2011
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous
quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit
de l'ISO à l'adresse ci-après ou du comité membre de l'ISO dans le pays du demandeur.
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Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail [e-mail]
Web www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2011 – Tous droits réservés

Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.1
3 Termes et définitions .1
4 Étapes pour l'acquisition d'une image MEB.2
4.1 Généralités .2
4.2 Échantillon .2
4.3 Inclinaison de l'échantillon.3
4.4 Sélection du champ balayé .3
4.5 Sélection de la dimension d'un pixel.3
4.6 Brillance et contraste de l'image .4
4.7 Rapport contraste sur bruit de l'image .5
4.8 Focalisation et astigmatisme de l'image.7
4.9 Interférence provenant de facteurs externes .7
4.10 Contraste erroné.7
4.11 Fichier de données d'une image MEB.7
5 Acquisition d'une image MEB et sélection d'une zone de l'image.7
6 Méthodes d'évaluation.8
6.1 Généralités .8
6.2 Rapport contraste sur bruit.9
6.3 Méthode de la transformée de Fourier (TF) .9
6.4 Méthode contraste sur gradient (CG).12
6.5 Méthode de la dérivée (DR) .16
7 Rapport d'essai.18
7.1 Généralités .18
7.2 Contenu du rapport d'essai.18
Annexe A (normative) Détails sur le rapport contraste sur bruit (CNR) .19
Annexe B (normative) Détails sur la méthode de la transformée de Fourier (TF) .24
Annexe C (normative) Détails de la méthode contraste sur gradient (CG) .40
Annexe D (normative) Détails de la méthode de la dérivée (DR).51
Annexe E (informative) Contexte de l'évaluation de la netteté d'image .72
Annexe F (informative) Caractéristiques et adéquation des différentes méthodes d'évaluation.77
Annexe G (informative) Méthode de préparation des échantillons d'essai pour évaluer la netteté
d'image .81
Annexe H (informative) Exemple de rapport d'essai .83
Bibliographie.86

Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
Dans d'autres circonstances, en particulier lorsqu'il existe une demande urgente du marché, un comité
technique peut décider de publier d'autres types de documents normatifs:
⎯ une Spécification publiquement disponible ISO (ISO/PAS) représente un accord entre les experts dans
un groupe de travail ISO et est acceptée pour publication si elle est approuvée par plus de 50 % des
membres votants du comité dont relève le groupe de travail;
⎯ une Spécification technique ISO (ISO/TS) représente un accord entre les membres d'un comité technique
et est acceptée pour publication si elle est approuvée par 2/3 des membres votants du comité.
Une ISO/PAS ou ISO/TS fait l'objet d'un examen après trois ans afin de décider si elle est confirmée pour trois
nouvelles années, révisée pour devenir une Norme internationale, ou annulée. Lorsqu'une ISO/PAS ou
ISO/TS a été confirmée, elle fait l'objet d'un nouvel examen après trois ans qui décidera soit de sa
transformation en Norme internationale soit de son annulation.
L'ISO/TS 24597 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 202, Analyse par microfaisceaux, sous-comité
SC 4, Microscopie électronique à balayage.
iv © ISO 2011 – Tous droits réservés

Introduction
L'Organisation Internationale de Normalisation (ISO) attire l'attention sur le fait qu'il est déclaré que la
conformité avec les dispositions du présent document peut impliquer l'utilisation d'un brevet intéressant la
méthode contraste sur gradient (CG) traitée en 6.4.
L'ISO ne prend pas position quant à la preuve, à la validité et à la portée de ces droits de propriété.
Le détenteur de ces droits de propriété a donné l'assurance à l'ISO qu'il consent à négocier des licences avec
des demandeurs du monde entier, à des termes et conditions raisonnables et non discriminatoires. À ce
propos, la déclaration du détenteur des droits de propriété est enregistrée à l'ISO. Des informations peuvent
être demandées à:
Détenteur du brevet: Hitachi, Ltd.
Adresse: Marunouchi Center Bldg., 6-1, Marunouchi 1-chome, Chiyoda-ku, Tokyo,
100-8220, Japon
L'attention est d'autre part attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire
l'objet de droits de propriété autres que ceux qui ont été mentionnés ci-dessus. L'ISO ne saurait être tenue
pour responsable de l'identification de ces droits de propriété en tout ou partie.

SPÉCIFICATION TECHNIQUE ISO/TS 24597:2011(F)

Analyse par microfaisceaux — Microscopie électronique à
balayage — Méthodes d'évaluation de la netteté d'image
1 Domaine d'application
La présente Spécification technique spécifie des méthodes d'évaluation de la netteté d'images numérisées
produites par un microscope électronique à balayage (MEB) au moyen de la méthode de la transformée de
Fourier (TF), la méthode contraste sur gradient (CG) et la méthode de la dérivée (DR).
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence (y compris les éventuels amendements) s'applique.
ISO 16700:2004, Analyse par microfaisceaux — Microscopie électronique à balayage — Lignes directrices
pour l'étalonnage du grandissement d'image
ISO/CEI 17025:2005, Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d'étalonnages et
d'essais
ISO 22493, Analyse par microfaisceaux — Microscopie électronique à balayage — Vocabulaire
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 16700 et l'ISO 22493,
ainsi que les suivants s'appliquent.
3.1
pixel
plus petite unité d'image non divisible sur une image MEB numérisée
3.2
dimension d'un pixel
longueur d'un pixel de l'échantillon, en nanomètres, dans une image MEB
NOTE Il convient que la dimension horizontale et la dimension verticale du pixel soient identiques.
3.3
image MEB binaire
image MEB traitée dans laquelle il n'y a que deux niveaux de brillance
3.4
image convoluée
image obtenue par convolution d'une image MEB binaire par un profil gaussien bidimensionnel
3.5
facteur de netteté
double écart-type (2σ) du profil gaussien utilisé pour générer une image convoluée
3.6
netteté d'image
facteur de netteté divisé par la racine carrée de 2 (soit 2σ/√2), le facteur de netteté d'une image MEB étant
considéré identique à celui d'une image convoluée produite par un profil gaussien avec un écart-type σ
3.7
rapport contraste sur bruit
CNR
rapport de I − I sur σ , où I et I sont les intensités de l'objet et du fond de l'image, et σ est l'écart-type du
A B n A B n
bruit de l'image
3.8
méthode de la transformée de Fourier
méthode TF
méthode d'évaluation de la netteté d'image par comparaison des profils de la transformée de Fourier d'une
image MEB avec les profils des images convoluées
3.9
méthode contraste sur gradient
méthode CG
méthode d'évaluation de la netteté d'image utilisant les gradients de la moyenne harmonique pondérée de la
carte bidimensionnelle de distribution de la brillance d'une image MEB
3.10
méthode de la dérivée
méthode DR
méthode d'évaluation de la netteté d'image en ajustant les profils de la fonction d'erreur aux profils des
gradients des bords des particules dans une image MEB
3.11
champ balayé
zone d'un échantillon qui correspond à la totalité de l'image MEB
4 Étapes pour l'acquisition d'une image MEB
4.1 Généralités
Pour l'acquisition d'une image MEB, il est important d'ajuster dans un premier temps les conditions du
microscope (par exemple, voir l'Annexe B de l'ISO 16700:2004). La netteté d'image dépend (i) de l'échantillon
lui-même, (ii) de la régularité structurale de l'avant-plan et du fond de l'image, (iii) de la brillance et du
contraste et (iv) du rapport contraste sur bruit (CNR). En conséquence, suivre les procédures décrites en 4.2
à 4.10, correspondant aux paramètres ci-dessus afin d'évaluer la netteté d'image par les trois méthodes ici
décrites. Une attention particulière doit être apportée à l'ajustement du courant de la sonde électronique et
aux conditions de focalisation afin d'obtenir des exigences optimales pour la brillance et le contraste (voir 4.6)
et le rapport contraste sur bruit (voir 4.7).
4.2 Échantillon
À la date de publication de la présente Spécification technique, aucun matériau de référence certifié (CRM)
n'a été désigné. Des résultats acceptables peuvent cependant être obtenus en utilisant un échantillon préparé
par la méthode décrite à l'Annexe G. Sélectionner un échantillon ayant une surface lisse et plane. Pour évaluer
la netteté d'image, choisir une partie de l'échantillon qui contient des particules circulaires déposées sur le
substrat. Obtenir les images souhaitées avec le grandissement choisi conformément à 4.4.
NOTE Un matériau sensible au faisceau d'électrons n'est pas approprié comme échantillon pour l'évaluation de la
netteté d'image.
2 © ISO 2011 – Tous droits réservés

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