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ATMOSPHERIC CORRECTION, REFLECTANCE CALIBRATION AND BRDF 
CORRECTION FOR ADS40 IMAGE DATA 
U. Beisl a *, J. Telaar b , M. v. Schönermark c 
Leica-Geosystems AG, Heinrich-Wild-Strasse, 9435 Heerbrugg, Switzerland - Ulrich.Beisl@leica-geosystems.com 
b now Astrium GmbH, Airbus-Allee 1, 28199 Bremen,Germany - Juergen.Telaar@astrium.eads.net 
c IRS, Universität Stuttgart, Pfaffenwaldring 31, 70569 Stuttgart, Germany - Schoenermark@irs.uni-stuttgart.de 
Commission VII, WG VII/1 
KEY WORDS: Multispectral, Modelling, Aerial, Calibration, Land Use Mapping, Atmosphere, Radiometry, Correction 
ABSTRACT: 
A new radiometric workflow for ADS40 line scanner data has been developed and implemented. It includes now two additional 
atmospheric correction algorithms and an empirical BRDF correction. Both atmospheric correction algorithms are based on the 
radiation transfer equation by Kaufman and Sendra. The first method uses a dark target to determine the atmospheric haze. The key 
atmospheric quantities path radiance, upward and downward transmittance and spherical albedo are then calculated using a 
parametrisation for a specific atmosphere and aerosol type. The second method uses empirical approximations to calculate the 
gaseous absorption, Rayleigh and aerosol scattering. With the help of three free parameters (aerosol size, aerosol concentration, and 
single scattering albedo) the model can be adjusted to different atmospheres and aerosol types. The two methods have been verified 
with a set of ADS40 calibration flights over the same target with different visibilities. In-situ ground reflectance measurements of 
different targets were made. The calculated reflectance values were found to be in good agreement with the measured ones. The 
empirical correction of bidirectional reflection (BRDF) effects of the ground is performed using a modified Walthall model. 
RÉSUMÉ: 
Un nouveau flux de production radiométrique pour les données du capteur ADS40 a été développé et réalisé. Il consiste en deux 
algorithmes de correction atmosphérique et une correction BRDF empirique. Les deux algorithmes de correction atmosphérique sont 
basés sur l'équation de transfert de radiation par Kaufman et Sendra. La première méthode utilise une zone sombre pour déterminer 
la brume atmosphérique. Les principales quantités atmosphériques, (radiation diffuse de l’air, transmission ascendante, descendante 
et l'albédo sphérique) sont calculées en utilisant la parametrisation d'une atmosphère spécifique et d'un type d'aérosol. La deuxième 
méthode utilise des approximations empiriques pour calculer l'absorption gazeuse, la diffusion de Rayleigh ainsi que la diffusion de 
l'aérosol. Avec l'aide de trois paramètres libres (la dimension des particules de l'aérosol, la concentration de l'aérosol et l'albédo à 
diffusion simple) le modèle peut être adapté à différentes atmosphères et différents types d'aérosol. Les deux méthodes ont été véri 
fiées avec un ensemble de vols de calibration ADS40 au même endroit et avec des visibilités différentes. Les mesures de réflectance 
ont été faites à endroits différents. On a constaté que les valeurs de réflectance calculées étaient en accord avec les mesures. La cor 
rection empirique de réflexion bidirectionnelle (BRDF) de la terre est effectuée en utilisant le modèle de Walthall modifié. 
KURZFASSUNG: 
Ein neue radiometrische Prozessierungskette fur ADS40 Zeilenscannerdaten wurde entwickelt und programmiert. Sie beinhaltet jetzt 
zwei zusätzliche Atmosphärenkorrekturalgorithmen und eine empirische BRDF-Korrektur. Beide Atmosphärenkorrekturalgorithmen 
setzen auf der Strahlungstransportgleichung von Kaufman and Sendra auf. Die erste Methode benutzt ein dunkles Objekt um die 
Stärke des atmosphärischen Dunsts zu bestimmen. Die entscheidenden atmosphärischen Größen, Luftlicht, aufwärts- und abwärtsge 
richteter Transmissionsgrad und sphärische Albedo werden mittels einer Parametrisierung für eine bestimmte Atmosphäre und Aero 
soltyp berechnet. Die zweite Methode benutzt empirische Näherungen um die Absorption durch die atmosphärischen Gase, die 
Rayleigh- und die Aerosolstreuung zu berechnen. Mittels dreier Parameter (Aerosolpartikelgröße, Aerosolkonzentration und Ein 
fachstreualbedo) kann das Modell an verschiedene Atmosphären und Aerosoltypen angepasst werden. Die zwei Methoden wurden 
mit einer Reihe von ADS40 Testflügen über derselben Bodenfläche bei verschiedenen horizontalen Sichtweiten verifiziert. Gleich 
zeitig wurden Messungen des Bodenreflexionsgrades von verschiedenen Objekten durchgeführt. Die berechneten Reflexionsgrade 
sind in guter Übereinstimmung mit den gemessenen Werten. Die empirische Korrektur der bidirektionalen Reflexion (BRDF) des 
Bodens wird mit Hilfe eines modifizierten Walthallmodells durchgeführt. 
1. INTRODUCTION 
For all passive Earth observation systems the presence of the 
atmosphere is a matter of concern - even for low flying airborne 
sensors like the ADS40. Airborne images show a wavelength, 
view and sun angle dependent haze background and contrast 
reduction. While those parameters are known during a flight 
campaign, the atmospheric composition is usually not measured, 
* Corresponding author.