Resonon | Pika IR+高光谱成像仪在考古学方面的应用

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。