考古學雖然常與發(fā)掘相關，但許多遺址仍需通過地表上的文物和其他特征來進行識別。對這些地表考古記錄的分析不僅可以揭示不同定居時期的信息，還能展示土地的農業(yè)、生產或儀式用途，以及景觀中人、物、思想的流動模式。
本文介紹了一種利用機載高光譜短波紅外 (SWIR) 圖像的新方法，用于記錄和分析地表考古材料。SWIR 光可以區(qū)分不同類型的巖石、礦物和土壤，地質學家經常利用這一原理繪制地質圖。Resonon Pika IR+高光譜成像儀能夠以優(yōu)于10厘米的空間分辨率收集SWIR圖像，從而識別并表征地表文物。本文探討了在NASA Space Archaeology 資助下進行的實驗，展示了這項技術的潛力和挑戰(zhàn)，特別是在成功定位和表征單個文物方面，同時指出了未來發(fā)展的關鍵方向。
作者團隊將 Resonon Pika IR+高光譜成像儀安裝在 DJI M600上（圖 1）。還在機身頂部安裝了額外的 GPS 天線桿，并安裝了一個 GPS 定位器，用于將位置數(shù)據(jù)傳輸?shù)?Pika 的 IMU。
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圖 1. 搭載在 DJI M600 無人機上的 Resonon Pika IR+ 高光譜傳感器（左）；無人機在科羅拉多州梅薩維德附近的調查中飛行（右）。
? ? ? 為了測試超高分辨率 SWIR 成像在考古學中的可行性，作者團隊設計了一個簡單的實驗調查，以便確定 Resonon Pika IR+ 在定位和確定文物表征方面的有效性。首先制作仿制文物，旨在模仿考古遺址中常見的材料類型。共制作兩種尺寸的仿制品：較大的版本直徑為 5-7 厘米，較小的版本直徑約為 3 厘米。
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圖 2. 本次實驗中使用的人工制品類型包括（從左上角開始）：(1) 黑色/深灰色英安巖燧石薄片，(2) 白色碎裂巖燧石薄片，(3) 紅色/桃花心木黑曜石薄片，(4) 黑色黑曜石薄片，(5) 釉面白陶陶瓷碎片，(6) 素紅陶陶瓷碎片，(7) 銅片金屬方塊，(8) 鋼片金屬方塊，以及 (9) 來自 19 世紀建筑地基的燒磚碎片。
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場地選擇為為當?shù)氐陌羟驁鲞M行實驗調查（圖 3），能夠將人工制品放在一個有草地的區(qū)域和另一個有內場混合物（沙子、淤泥、粘土和細礫石的混合物）的區(qū)域。然后，將仿制的人工制品排成線，每種地面覆蓋類型都有兩條不同大小的線。
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圖 3. 本研究中使用的實驗裝置，在數(shù)據(jù)收集期間從無人機上看到的畫面。在新罕布什爾州漢諾威的 Tenny Park 棒球場的礫石（內場）和草地上，擺放著人工制品。
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圖 4. (A) 可見光正射影像；(B、C) 兩種不同波段組合的 SWIR 影像；(D) 使用 Savitzky-Golay 濾波器的平滑一階導數(shù)。
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圖 5. 本研究中使用的所有人工制品的平均光譜反射率曲線以及綠草、枯草和礫石/土壤的背景值，這些值來自 Resonon 傳感器處理后的圖像上的?AOI。
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圖 6. 圖 4 中實驗地塊的分類 SWIR 圖像，圖中的數(shù)字與文物類型相對應。
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在本例中，我們在一階導數(shù)圖像（圖?5D）上使用光譜角映射器 (SAM) 分類，成功繪制出多種文物類型的位置，包括普通紅陶、釉面白陶、白燧石和磚塊樣品。
本研究展示了高分辨率高光譜成像儀在考古學中的應用潛力。實驗結果表明，盡管在大范圍內以足夠的空間分辨率收集圖像并識別所有文物類型存在挑戰(zhàn)，但這一技術能夠精確繪制高密度文物分布圖，從而為了解古代定居點的范圍和特征提供了極高的洞察力。該技術還能夠快速、無損且成本適中地發(fā)現(xiàn)和記錄大面積的地表考古特征，有助于應對因農業(yè)用地集約化、氣候變化以及劫掠等威脅所導致的考古遺址喪失的挑戰(zhàn)。因此，SWIR成像為考古學提供了一種強有力的新工具，支持快速發(fā)現(xiàn)和保護考古遺址，并有助于遺產管理專業(yè)人員及當?shù)厣鐓^(qū)保存文化遺產。