考古學雖然常(chang)與發掘相關，但許多遺址仍需(xu)通過地(di)(di)表上的文(wen)物和其他特征來進行識別。對這些地(di)(di)表考古記錄的分析不僅可以揭示不同定居時期(qi)的信息，還能(neng)展示土地(di)(di)的農業、生產(chan)或儀式用途(tu)，以及景觀中人、物、思想的流動模式。
本文(wen)(wen)(wen)(wen)介紹(shao)了(le)一種利(li)用(yong)機載高光譜(pu)短波紅外 (SWIR) 圖(tu)像(xiang)的(de)(de)新方法，用(yong)于記錄(lu)和(he)分析地表考古材(cai)料。SWIR 光可以(yi)區分不同(tong)類型的(de)(de)巖石(shi)、礦物和(he)土壤(rang)，地質學家(jia)經常利(li)用(yong)這一原理繪制地質圖(tu)。Resonon Pika IR+高光譜(pu)成像(xiang)儀能夠以(yi)優于10厘米(mi)的(de)(de)空(kong)間分辨率收集SWIR圖(tu)像(xiang)，從而識別并表征地表文(wen)(wen)(wen)(wen)物。本文(wen)(wen)(wen)(wen)探討(tao)了(le)在NASA Space Archaeology 資助下進行的(de)(de)實驗，展示了(le)這項技術的(de)(de)潛(qian)力和(he)挑戰，特別是在成功定位和(he)表征單個文(wen)(wen)(wen)(wen)物方面，同(tong)時指(zhi)出了(le)未來發展的(de)(de)關鍵方向。
作(zuo)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(shen)頂部安裝了額外(wai)的 GPS 天(tian)線桿，并安裝了一個 GPS 定位器，用于將位置數據傳輸(shu)到 Pika 的 IMU。
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圖 1. 搭載在 DJI M600 無人機上的(de) Resonon Pika IR+ 高光(guang)譜傳感器（左）；無人機在科羅拉(la)多(duo)州梅薩維德(de)附近的(de)調查中飛行（右）。
? ? ? 為(wei)了(le)測試超高分辨率 SWIR 成像在(zai)考(kao)古學中(zhong)的(de)(de)可行性(xing)，作(zuo)者團隊設計了(le)一個簡單的(de)(de)實驗調查，以便確(que)定(ding) Resonon Pika IR+ 在(zai)定(ding)位和確(que)定(ding)文物表征方(fang)面的(de)(de)有效性(xing)。首先制作(zuo)仿(fang)(fang)制文物，旨在(zai)模仿(fang)(fang)考(kao)古遺(yi)址(zhi)中(zhong)常(chang)見的(de)(de)材料類型。共制作(zuo)兩種(zhong)尺寸(cun)的(de)(de)仿(fang)(fang)制品：較(jiao)(jiao)大的(de)(de)版本直(zhi)徑為(wei) 5-7 厘(li)米，較(jiao)(jiao)小的(de)(de)版本直(zhi)徑約為(wei) 3 厘(li)米。
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圖 2. 本次實驗中(zhong)使用的人工制(zhi)品類型包括(kuo)（從左上角(jiao)開始）：(1) 黑色/深(shen)灰色英(ying)安(an)巖(yan)燧石(shi)薄(bo)片(pian)，(2) 白色碎(sui)(sui)(sui)裂巖(yan)燧石(shi)薄(bo)片(pian)，(3) 紅色/桃花心(xin)木黑曜石(shi)薄(bo)片(pian)，(4) 黑色黑曜石(shi)薄(bo)片(pian)，(5) 釉面白陶(tao)陶(tao)瓷(ci)碎(sui)(sui)(sui)片(pian)，(6) 素(su)紅陶(tao)陶(tao)瓷(ci)碎(sui)(sui)(sui)片(pian)，(7) 銅(tong)片(pian)金屬(shu)方(fang)塊，(8) 鋼片(pian)金屬(shu)方(fang)塊，以及(ji) (9) 來(lai)自 19 世紀建筑地基的燒磚碎(sui)(sui)(sui)片(pian)。
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場地(di)(di)選(xuan)擇為為當地(di)(di)的(de)棒球場進行實驗調查（圖(tu) 3），能夠將(jiang)人工制品(pin)放在一個(ge)有草地(di)(di)的(de)區域(yu)和(he)另一個(ge)有內場混合物（沙子、淤泥、粘土和(he)細礫石的(de)混合物）的(de)區域(yu)。然后，將(jiang)仿制的(de)人工制品(pin)排(pai)成線(xian)(xian)，每種地(di)(di)面覆蓋類型都有兩(liang)條不同大小的(de)線(xian)(xian)。
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圖 3. 本(ben)研究中使(shi)用的實(shi)驗裝置，在(zai)(zai)數(shu)據收集期間從無人(ren)機上看到的畫面。在(zai)(zai)新罕布什爾州(zhou)漢諾威的 Tenny Park 棒球場(chang)的礫石（內場(chang)）和草(cao)地上，擺放著(zhu)人(ren)工制品。
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圖 4. (A) 可見光正(zheng)射影(ying)像(xiang)；(B、C) 兩種(zhong)不同波(bo)段(duan)組合的 SWIR 影(ying)像(xiang)；(D) 使用 Savitzky-Golay 濾波(bo)器的平滑一階導數。
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圖 5. 本研究中使用的所有人工(gong)制品的平(ping)均光譜(pu)反射率(lv)曲線以及綠草、枯(ku)草和(he)礫石/土壤的背景值(zhi)，這些值(zhi)來自 Resonon 傳感(gan)器(qi)處理后的圖像上的?AOI。
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圖(tu) 6. 圖(tu) 4 中實驗地(di)塊的分類(lei) SWIR 圖(tu)像，圖(tu)中的數字與文物(wu)類(lei)型相對應。
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在(zai)本例中，我(wo)們(men)在(zai)一階導數圖(tu)(tu)像（圖(tu)(tu)?5D）上使(shi)用光譜角映(ying)射器 (SAM) 分類(lei)，成(cheng)功繪制出多種文物類(lei)型(xing)的位置，包括(kuo)普(pu)通紅陶(tao)(tao)、釉面白(bai)陶(tao)(tao)、白(bai)燧石和磚(zhuan)塊樣(yang)品。
本研究展示(shi)了(le)高(gao)分辨率(lv)高(gao)光譜成像儀在(zai)(zai)考(kao)古學中(zhong)的(de)(de)(de)應用潛力。實驗結果表明，盡管在(zai)(zai)大范圍內以足夠的(de)(de)(de)空間分辨率(lv)收集圖(tu)像并識別所有(you)(you)(you)文物(wu)類型存在(zai)(zai)挑(tiao)戰，但這一(yi)技術能(neng)夠精確繪制高(gao)密度文物(wu)分布圖(tu)，從而為了(le)解古代定居點(dian)的(de)(de)(de)范圍和特征提供了(le)極(ji)高(gao)的(de)(de)(de)洞(dong)察力。該技術還能(neng)夠快速、無損且成本適(shi)中(zhong)地發(fa)現和記錄(lu)大面積的(de)(de)(de)地表考(kao)古特征，有(you)(you)(you)助于(yu)應對(dui)因農業用地集約化、氣候變化以及(ji)劫掠等威(wei)脅所導致的(de)(de)(de)考(kao)古遺(yi)址喪失的(de)(de)(de)挑(tiao)戰。因此(ci)，SWIR成像為考(kao)古學提供了(le)一(yi)種強有(you)(you)(you)力的(de)(de)(de)新(xin)工具，支持快速發(fa)現和保(bao)護考(kao)古遺(yi)址，并有(you)(you)(you)助于(yu)遺(yi)產管理專(zhuan)業人員及(ji)當(dang)地社區保(bao)存文化遺(yi)產。