考古学虽然常与发掘相关，但许多遗址仍需通过地表上的文物和其他特征来进行识别。对这些地表考古记录的分析不仅可以揭示不同定居时期的信息，还能展示土地的农业、生产或仪式用途，以及景观中人、物、思想的流动模式。
本文介绍了一种利用机载高光谱短波红外 (SWIR) 图像的新方法，用于记录和分析地表考古材料。SWIR 光可以区分不同类型的岩石、矿物和土壤，地质学家经常利用这一原理绘制地质图。Resonon Pika IR+高光谱成像仪能够以优于10厘米的空间分辨率收集SWIR图像，从而识别并表征地表文物。本文探讨了在NASA Space Archaeology 资助下进行的实验，展示了这项技术的潜力和挑战，特别是在成功定位和表征单个文物方面，同时指出了未来发展的关键方向。
作者团队将 Resonon Pika IR+高光谱成像仪安装在 DJI M600上（图 1）。还在机身顶部安装了额外的 GPS 天线杆，并安装了一个 GPS 定位器，用于将位置数据传输到 Pika 的 IMU。
图 1. 搭载在 DJI M600 无人机上的 Resonon Pika IR+ 高光谱传感器（左）；无人机在科罗拉多州梅萨维德附近的调查中飞行（右）。
为了测试超高分辨率 SWIR 成像在考古学中的可行性，作者团队设计了一个简单的实验调查，以便确定 Resonon Pika IR+ 在定位和确定文物表征方面的有效性。首先制作仿制文物，旨在模仿考古遗址中常见的材料类型。共制作两种尺寸的仿制品：较大的版本直径为 5-7 厘米，较小的版本直径约为 3 厘米。
图 2. 本次实验中使用的人工制品类型包括（从左上角开始）：(1) 黑色/深灰色英安岩燧石薄片，(2) 白色碎裂岩燧石薄片，(3) 红色/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) 素红陶陶瓷碎片，(7) 铜片金属方块，(8) 钢片金属方块，以及 (9) 来自 19 世纪建筑地基的烧砖碎片。
场地选择为为当地的棒球场进行实验调查（图 3），能够将人工制品放在一个有草地的区域和另一个有内场混合物（沙子、淤泥、粘土和细砾石的混合物）的区域。然后，将仿制的人工制品排成线，每种地面覆盖类型都有两条不同大小的线。
图 3. 本研究中使用的实验装置，在数据收集期间从无人机上看到的画面。在新罕布什尔州汉诺威的 Tenny Park 棒球场的砾石（内场）和草地上，摆放着人工制品。
图 4. (A) 可见光正射影像；(B、C) 两种不同波段组合的 SWIR 影像；(D) 使用 Savitzky-Golay 滤波器的平滑一阶导数。
图 5. 本研究中使用的所有人工制品的平均光谱反射率曲线以及绿草、枯草和砾石/土壤的背景值，这些值来自 Resonon 传感器处理后的图像上的 AOI。
图 6. 图 4 中实验地块的分类 SWIR 图像，图中的数字与文物类型相对应。
在本例中，我们在一阶导数图像（图 5D）上使用光谱角映射器 (SAM) 分类，成功绘制出多种文物类型的位置，包括普通红陶、釉面白陶、白燧石和砖块样品。
本研究展示了高分辨率高光谱成像仪在考古学中的应用潜力。实验结果表明，尽管在大范围内以足够的空间分辨率收集图像并识别所有文物类型存在挑战，但这一技术能够精确绘制高密度文物分布图，从而为了解古代定居点的范围和特征提供了极高的洞察力。该技术还能够快速、无损且成本适中地发现和记录大面积的地表考古特征，有助于应对因农业用地集约化、气候变化以及劫掠等威胁所导致的考古遗址丧失的挑战。因此，SWIR成像为考古学提供了一种强有力的新工具，支持快速发现和保护考古遗址，并有助于遗产管理专业人员及当地社区保存文化遗产。