视频三维矿山井下照明重建技术是以井下视频采集数据为基础，融合单目视觉三维重构、光照仿真与透明化解析能力，在矿山井下复杂环境中，完成巷道物理结构、空间形态、照明光场一体化重建的数字化技术。针对井下粉尘大、光照不均、空间狭窄、遮挡较多、传统测绘作业风险高的痛点，依托连续视频流自主重建巷道三维模型，并对井下照明分布进行量化仿真、透明化研判，实现巷道实体结构与光场态势同步复现，为井下照明优化、巷道运维、安全管控、数字孪生建设提供可视化数据支撑。
一、技术核心原理
该技术基于运动视差原理与深度学习深度估计算法，利用井下移动摄像设备采集巷道连续视频帧，同步完成巷道三维几何重构与照明光场重建，整套流程具备透明化可追溯特性。
首先对井下原始视频进行预处理，完成粉尘降噪、图像去雾、畸变校正，提取巷道岩壁、支护、管线、设备等稳定特征点，开展跨帧特征跟踪匹配。通过帧间像素变化自主解算相机位姿与移动轨迹，恢复拍摄空间坐标系，生成巷道稠密点云，经过点云滤波、孔洞修补、网格封装，构建巷道实景三维几何模型。
在三维巷道模型基础上，叠加视频采集的光照像素信息，耦合光源参数、粉尘介质光衰减模型，进行全局光照仿真，计算巷道内照度、亮度、光影衰减、阴影盲区等光场数据，将照明分布映射至三维巷道空间。透明化机制贯穿全过程，既可以半透明方式剥离巷道岩壁，透视巷道内部空间与照明传播路径；同时开放算法中间环节，特征匹配、深度解算、光场仿真参数均可查看核验，改变传统井下建模"黑盒输出"的局限。
二、核心技术能力
（一）井下巷道三维结构透明重构
可实现井下巷道、支护框架、管线、硐室的三维自主重建，模型支持透明透视查看。穿透巷道岩壁外壳，直观查看巷道纵深、断面尺寸、空间拐点、隐蔽构件，识别巷道变形、支护开裂等结构异常，无需人员近距离抵近危险区域勘测，降低井下现场作业风险。
（二）照明光场量化重建与可视化研判
依托三维巷道载体，重建真实照明光场，量化巷道各处照度值、阴影区域、照明衰减梯度。以热力图叠加在三维模型上，直观标识照明不足盲区、眩光区域、光源老化造成的亮度差异。支持多工况仿真，模拟增减灯具、调整灯具角度后的照明效果，对比评估照明改造方案。
（三）全流程透明可追溯核验
从井下视频采集、特征提取、三维重建，到光场仿真计算，各阶段中间数据、误差指标均可留存展示。能够查看低纹理岩壁、粉尘遮挡区域带来的重建误差，评估三维模型与光场仿真结果可信度，满足矿山安全评估、工程验收的数据溯源要求。
（四）多时序照明态势对比分析
可多次采集巷道视频，迭代更新三维模型与照明数据，对比不同时段巷道照明变化，监测灯具衰减、粉尘堆积导致的光照下降，跟踪巷道围岩形变对照明布局的影响，实现井下照明态势长效监测。
三、技术优势
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井下作业安全、部署轻量化：仅采用移动摄像设备采集视频，无需激光雷达、布设靶标，减少人员长时间在高风险巷道停留，设备便携，适应狭窄巷道、采掘工作面等复杂空间。
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结构与照明一体化重建：区别于单纯三维巷道建模，同步完成空间几何与照明光场重建，把巷道实体和光照态势融合在同一数字模型，直接支撑照明系统优化设计。
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环境适应性强：配套井下图像去雾、粉尘降噪预处理算法，在低照度、粉尘弥漫的井下环境下，稳定提取特征，提升昏暗场景下三维重建和光场计算稳定性。
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方案预演节约改造成本：在数字三维模型中仿真照明改造方案，提前预判照明效果，减少井下现场反复调试灯具的工作量，节约照明升级工程投入。
四、应用场景
一是井下照明系统优化改造。重建巷道三维与光场分布，定位照明盲区，模拟灯具布设方案，指导井下照明升级，保障采掘、运输巷道照度满足安全规范。
二是矿山数字孪生井下场景构建。为井下数字孪生平台提供巷道三维模型+真实光场数据，实现井下虚实映射，支持远程可视化监管。
三是巷道安全巡检研判。在透明三维模型中同步查看巷道支护结构缺陷与照明隐患，辅助识别昏暗盲区带来的安全风险。
四是应急场景复盘。事故巷道视频快速三维重建，还原巷道空间与现场光照条件，支撑事故分析与应急方案推演。
五、技术应用边界
井下高浓度粉尘、强水雾会造成图像模糊，岩壁大面积无纹理区域容易引发尺度漂移；高速拍摄、大面积遮挡会降低重建精度。照明仿真会受井下粉尘动态变化影响，仿真结果为理论近似值。工程应用时，控制相机平稳移动，保证视频帧重叠率，同时结合局部实测照度数据校准，进一步提升重建与光场计算精度。