考(kao)古學雖然常與發掘相關，但許多遺址仍需(xu)通過(guo)地(di)表(biao)上的文物和其(qi)他特征(zheng)來進行識別。對這些地(di)表(biao)考(kao)古記錄的分析不僅可以揭示(shi)不同定(ding)居時期的信息，還能展示(shi)土(tu)地(di)的農業(ye)、生(sheng)產或儀式用途，以及(ji)景(jing)觀(guan)中人、物、思想的流動模式。
本文(wen)(wen)(wen)介紹了(le)一種(zhong)利(li)用(yong)機(ji)載高光(guang)譜短波(bo)紅(hong)外 (SWIR) 圖(tu)像的新方(fang)(fang)法，用(yong)于記錄(lu)和(he)分析地表(biao)(biao)考古(gu)材(cai)料。SWIR 光(guang)可以(yi)區分不同類型的巖石、礦物和(he)土壤(rang)，地質學家經常(chang)利(li)用(yong)這(zhe)一原(yuan)理繪(hui)制地質圖(tu)。Resonon Pika IR+高光(guang)譜成像儀能夠以(yi)優于10厘(li)米的空間分辨率收集SWIR圖(tu)像，從(cong)而識(shi)別(bie)并(bing)表(biao)(biao)征地表(biao)(biao)文(wen)(wen)(wen)物。本文(wen)(wen)(wen)探討了(le)在NASA Space Archaeology 資助下進行的實驗，展示了(le)這(zhe)項技術的潛力和(he)挑(tiao)戰(zhan)，特別(bie)是在成功定位和(he)表(biao)(biao)征單個文(wen)(wen)(wen)物方(fang)(fang)面，同時指出了(le)未(wei)來發(fa)展的關(guan)鍵方(fang)(fang)向(xiang)。
作者團隊將 Resonon Pika IR+高光譜成像儀安裝(zhuang)在(zai) DJI M600上（圖 1）。還在(zai)機身頂(ding)部安裝(zhuang)了額外(wai)的 GPS 天線桿，并(bing)安裝(zhuang)了一個 GPS 定(ding)位器，用于將位置數(shu)據傳輸到 Pika 的 IMU。
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圖 1. 搭載在(zai) DJI M600 無人機(ji)上的(de) Resonon Pika IR+ 高(gao)光譜傳(chuan)感器（左）；無人機(ji)在(zai)科羅(luo)拉多州梅薩維(wei)德附近的(de)調(diao)查中(zhong)飛行(xing)（右）。
? ? ? 為(wei)了測(ce)試超(chao)高分辨率 SWIR 成(cheng)像(xiang)在考(kao)古(gu)學中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)可行性，作(zuo)者團隊設計了一個(ge)簡單的(de)(de)(de)(de)實驗調查，以(yi)便確(que)定 Resonon Pika IR+ 在定位和(he)確(que)定文物表征方面的(de)(de)(de)(de)有(you)效性。首先制(zhi)作(zuo)仿制(zhi)文物，旨在模仿考(kao)古(gu)遺址中(zhong)(zhong)常(chang)見(jian)的(de)(de)(de)(de)材料類型。共制(zhi)作(zuo)兩種尺寸的(de)(de)(de)(de)仿制(zhi)品：較大的(de)(de)(de)(de)版(ban)本(ben)直徑為(wei) 5-7 厘米，較小的(de)(de)(de)(de)版(ban)本(ben)直徑約為(wei) 3 厘米。
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圖 2. 本次實驗中使用的人(ren)工制品類型包(bao)括（從左上角開始）：(1) 黑色/深灰色英安巖(yan)燧石(shi)(shi)(shi)薄片，(2) 白色碎(sui)裂巖(yan)燧石(shi)(shi)(shi)薄片，(3) 紅(hong)色/桃(tao)花心木黑曜石(shi)(shi)(shi)薄片，(4) 黑色黑曜石(shi)(shi)(shi)薄片，(5) 釉面白陶陶瓷碎(sui)片，(6) 素紅(hong)陶陶瓷碎(sui)片，(7) 銅片金屬(shu)方(fang)塊，(8) 鋼片金屬(shu)方(fang)塊，以及 (9) 來自(zi) 19 世(shi)紀建(jian)筑地基的燒磚碎(sui)片。
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場地(di)選擇為(wei)為(wei)當地(di)的(de)(de)棒球場進行實驗調查（圖 3），能夠(gou)將(jiang)人(ren)工制品放在一(yi)個有(you)(you)草(cao)地(di)的(de)(de)區域(yu)和另(ling)一(yi)個有(you)(you)內場混(hun)合(he)物（沙子(zi)、淤泥、粘土和細礫石的(de)(de)混(hun)合(he)物）的(de)(de)區域(yu)。然后(hou)，將(jiang)仿制的(de)(de)人(ren)工制品排成線，每種(zhong)地(di)面覆(fu)蓋類型都(dou)有(you)(you)兩條不同大小的(de)(de)線。
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圖 3. 本研究中使用(yong)的實驗裝置(zhi)，在(zai)數據收(shou)集期間(jian)從無(wu)人機上看(kan)到的畫面。在(zai)新罕布(bu)什爾州漢諾威(wei)的 Tenny Park 棒球場的礫石（內(nei)場）和草地上，擺放(fang)著人工制(zhi)品。
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圖(tu) 4. (A) 可見光正射影(ying)像；(B、C) 兩種不(bu)同波(bo)段(duan)組合的(de) SWIR 影(ying)像；(D) 使(shi)用 Savitzky-Golay 濾(lv)波(bo)器的(de)平滑一階導數。
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圖 5. 本研究(jiu)中使(shi)用的(de)所(suo)有人工制品的(de)平均光(guang)譜反射率(lv)曲線以及(ji)綠草(cao)、枯草(cao)和礫石/土壤的(de)背景值(zhi)，這些值(zhi)來(lai)自 Resonon 傳感器處理后(hou)的(de)圖像上(shang)的(de)?AOI。
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圖 6. 圖 4 中實驗地塊的分(fen)類(lei)(lei) SWIR 圖像，圖中的數字與文物類(lei)(lei)型相對應(ying)。
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在本例中，我們在一(yi)階導數圖像（圖?5D）上使(shi)用光(guang)譜角映射器 (SAM) 分類，成(cheng)功繪制出多種文(wen)物類型的位置，包括普通紅陶(tao)、釉面白陶(tao)、白燧石(shi)和磚塊(kuai)樣品(pin)。
本研究展示了高(gao)分(fen)(fen)辨率(lv)高(gao)光譜成(cheng)像(xiang)儀在考古(gu)(gu)(gu)學中的(de)應用潛力。實驗結(jie)果表明(ming)，盡管(guan)在大(da)范圍內以足夠的(de)空間(jian)分(fen)(fen)辨率(lv)收(shou)集(ji)圖(tu)像(xiang)并識(shi)別(bie)所(suo)有文物類型(xing)存(cun)在挑(tiao)戰，但這一技術能夠精確繪制高(gao)密(mi)度文物分(fen)(fen)布圖(tu)，從而為了解古(gu)(gu)(gu)代定居點的(de)范圍和(he)特征提(ti)供了極高(gao)的(de)洞察力。該技術還能夠快速、無損且成(cheng)本適中地發(fa)現(xian)和(he)記錄大(da)面積(ji)的(de)地表考古(gu)(gu)(gu)特征，有助(zhu)于應對因農業用地集(ji)約化(hua)、氣候變化(hua)以及劫掠等(deng)威脅所(suo)導致的(de)考古(gu)(gu)(gu)遺(yi)址喪失的(de)挑(tiao)戰。因此(ci)，SWIR成(cheng)像(xiang)為考古(gu)(gu)(gu)學提(ti)供了一種強(qiang)有力的(de)新工(gong)具，支持快速發(fa)現(xian)和(he)保(bao)護(hu)考古(gu)(gu)(gu)遺(yi)址，并有助(zhu)于遺(yi)產管(guan)理(li)專業人員及當地社區(qu)保(bao)存(cun)文化(hua)遺(yi)產。