考古學(xué)雖然常與發(fā)掘相關(guān)，但許多遺址仍需通過(guò)地表上的文物和其他特征來(lái)進(jìn)行識(shí)別。對(duì)這些地表考古記錄的分析不僅可以揭示不同定居時(shí)期的信息，還能展示土地的農(nóng)業(yè)、生產(chǎn)或儀式用途，以及景觀中人、物、思想的流動(dòng)模式。
本文介紹了一種利用機(jī)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(zhì)學(xué)家經(jīng)常利用這一原理繪制地質(zhì)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(shí)別并表征地表文物。本文探討了在NASA Space Archaeology 資助下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，展示了這項(xiàng)技術(shù)的潛力和挑戰(zhàn)，特別是在成功定位和表征單個(gè)文物方面，同時(shí)指出了未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵方向。
作者團(tuán)隊(duì)將 Resonon Pika IR+高光譜成像儀安裝在 DJI M600上（圖 1）。還在機(jī)身頂部安裝了額外的 GPS 天線桿，并安裝了一個(gè) 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(wú)人機(jī)上的 Resonon Pika IR+ 高光譜傳感器（左）；無(wú)人機(jī)在科羅拉多州梅薩維德附近的調(diào)查中飛行（右）。
? ? ? 為了測(cè)試超高分辨率 SWIR 成像在考古學(xué)中的可行性，作者團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)調(diào)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(jiàn)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(shí)驗(yàn)中使用的人工制品類型包括（從左上角開(kāi)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(lái)自 19 世紀(jì)建筑地基的燒磚碎片。
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場(chǎng)地選擇為為當(dāng)?shù)氐陌羟驁?chǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)查（圖 3），能夠?qū)⑷斯ぶ破贩旁谝粋€(gè)有草地的區(qū)域和另一個(gè)有內(nèi)場(chǎng)混合物（沙子、淤泥、粘土和細(xì)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(shí)驗(yàn)裝置，在數(shù)據(jù)收集期間從無(wú)人機(jī)上看到的畫面。在新罕布什爾州漢諾威的 Tenny Park 棒球場(chǎng)的礫石（內(nèi)場(chǎng)）和草地上，擺放著人工制品。
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圖 4. (A) 可見(jiàn)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(dǎo)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(lái)自 Resonon 傳感器處理后的圖像上的?AOI。
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圖 6. 圖 4 中實(shí)驗(yàn)地塊的分類 SWIR 圖像，圖中的數(shù)字與文物類型相對(duì)應(yīng)。
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在本例中，我們?cè)谝浑A導(dǎo)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(xué)中的應(yīng)用潛力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，盡管在大范圍內(nèi)以足夠的空間分辨率收集圖像并識(shí)別所有文物類型存在挑戰(zhàn)，但這一技術(shù)能夠精確繪制高密度文物分布圖，從而為了解古代定居點(diǎn)的范圍和特征提供了極高的洞察力。該技術(shù)還能夠快速、無(wú)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(yīng)對(duì)因農(nóng)業(yè)用地集約化、氣候變化以及劫掠等威脅所導(dǎo)致的考古遺址喪失的挑戰(zhàn)。因此，SWIR成像為考古學(xué)提供了一種強(qiáng)有力的新工具，支持快速發(fā)現(xiàn)和保護(hù)考古遺址，并有助于遺產(chǎn)管理專業(yè)人員及當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)保存文化遺產(chǎn)。