针对传统关键点检测算法对噪声敏感及依赖于物体模型的形状特征等问题,提出一种基于正态加权的多尺度关键点提取算法。首先,在每个尺度上建立局部邻域的协方差矩阵,计算局部坐标系落在前两个坐标轴的比率大小,根据比率大小来确定候选关键点。然后计算基于正态加权的形状索引值,以此来度量点云的局部最大相异性度量值。最后,在不同尺度下,将具有局部最大相异性度量值的极大值点作为最终关键点。实验结果表明,相比较其他的传统算法,所提算法能有效地提取各种点云模型的关键点,能够同时兼顾关键点的质量、数量及运行效率,且对具有尖锐特征和大面积平滑特征的模型具有较强的适应性,算法的鲁棒性及形状索引功能得到进一步增强。

激光线结构光扫描仪得到的三维点云数据具有冗余性，本文设计实现了一种基于两阶非均匀划分的点云精简算法对机车走行部数据进行处理。首先，根据内在形状特征算法估计出检测对象的点云法矢，并提取出点云特征点；其次，根据特征点云的分布对点云进行第一次非均匀划分，得到不均匀的初始点云块；最后，将划分后的各点云块映射到不同的高斯球中进行进一步细分，在高斯球面上进行均值漂移聚类，提取出每个聚类簇在实际三维空间中的重心，重心的集合即为精简结果。实验证明了方法的有效性，相比于现有的方法，本文中的方法在保证精度的前提下能够达到很高的精简率和运算效率，更契合机车自动化在线检测的需要。

使用激光线结构光扫描仪得到机车走行部三维点云数据，实现了在三维数据中对螺栓进行自动识别和定位。使用关键点的快速点特征直方图(FPFH) 来描述点云特征，首先，将目标区域与预存螺栓模板进行特征匹配，并为目标区域的匹配点分配权重；然后，使用均匀的种子点在带权重的匹配点集中进行K-means 聚类，并删除点数过少的聚类簇；最后，使用Hough 变换的方法为经过筛选的聚类簇建立严格的分类器，判断出螺栓的有无和精确位置。实验证明了该方法的有效性。

为了高精度、快速和实时测量冶炼炉中的CO气体浓度，采用1.58μm波长的分布反馈激光器和扫频技术来测量CO的吸收峰值处的谐波，理论分析了1次谐波和2次谐波最大值的混合计算来表示气体浓度的结果和实验验证，取得了扫描频率、调制度与谐波相对强度的数据。结果表明，这种混合计算方法有效克服了激光器的老化、离散性和调制度波动对测量结果的影响，测量的相对误差在小信号调制时呈现线性规律增加；在大信号调制时，呈指数规律增加，而随着电流频率转移因子增大而相对误差增大。利用吸收谱线在特殊频点的1次谐波和2次谐波强度的混合计算方法，能够高效、快捷、实时和高精度测量CO气体浓度。

为了探讨超短光脉冲在分布式光纤放大器中的传输放大特性及影响因素, 建立了光脉冲在光纤放大器中的基本传输方程, 以掺镱光纤放大器为例, 采用分步傅里叶变换法对放大器中光脉冲的演变进行了模拟, 讨论了初始啁啾和增益色散的影响。结果表明, 当光脉冲在分布式光纤放大器中传输时, 光纤的色散、非线性效应均会影响脉冲的形状和频谱, 光脉冲初始啁啾也会对脉冲的传输状态产生影响; 对于宽频谱光脉冲, 增益色散相当于一种损耗机制, 应该考虑其影响。相关结果对光纤放大器的系统设计和优化具有一定的参考价值。

为了分析激光器调Q开关对无线光通信中信号脉冲的影响, 从激光形成的基本速率方程组出发, 在不同的Q开关函数模型下, 采用数值计算的方法, 对调Q激光器输出脉冲的功率和波形特性进行了理论研究和仿真实现, 取得了信号脉冲功率密度、脉冲宽度等仿真数据, 并将脉冲各项参量与通信系统中常用的升余弦滚降信号进行比较。结果表明, 调Q激光器输出脉冲有着较高的功率和良好的波形特性, 因而能够很好地适应长距离无线光通信, 并有效抑制码间串扰, 降低误比特率。

为了研究光脉冲在掺镱光纤放大器中的放大传输特性, 建立了光脉冲在分布式光纤放大器中的传输方程, 采用分步傅里叶变换法数值模拟了其传输状态,并着重讨论了频率失谐对光脉冲特性的影响。 结果表明:对于掺镱光纤放大器,随着在放大器中的传输,光脉冲在放大的同时被展宽, 产生变形,其功率谱加宽;当出现频率失谐时,光脉冲的放大能力减弱,并且失去输入时的对称性。 若光脉冲中心频率沿不同的方向偏离介质增益峰值频率,脉冲变形规律不同。因此在设计放大系统时应该考虑光纤放大器的色散、 非线性效应以及频率失谐对光脉冲传输特性的影响。

光纤放大器用于补偿光信号在光纤中的传输损耗,是全光通信网中的核心器件。 建立了光孤子在分布式 光纤放大器中传输的物理模型,采用分步傅里叶变换法数值模拟了光孤子的传输放大特性,讨论了增益色散对 光孤子形状和频谱的影响。结果表明：在放大器的反常色散区,随着光孤子的放大,会不断地产生啁啾孤子, 孤子频谱会加宽并且产生振荡结构。放大介质的增益色散将会使光孤子幅度下降,宽度展宽,频谱窄化。因此, 光纤放大器的色散、非线性效应和增益色散均会对光孤子的传输特性产生影响。

高速全光逻辑门是实现光分组交换、光计算和未来高速大容量光传输的关键器件,近年来受到广泛的关注。半导体光放大器(SOA)因为具备体积小、工作波长范围宽、响应时间短及良好的非线性特性等优点,成为研制高速全光逻辑器件的首选。采用分段模型分析了SOA的稳态增益饱和特性,通过数值求解载流子速率方程和光传输方程对其特性进行了仿真实现。结果表明,SOA在入射光功率不同时会表现出明显的非线性;在一定范围内增加光功率,SOA增益持续增加,继续增加入射光功率,SOA逐渐进入饱和吸收状态,增益反而降低。

为了研究温度变化对CO吸收光谱线的影响, 首先从吸收光谱原理出发, 采用理论分析的方法, 并利用高分辨率分子透射吸收数据库得出与温度有关的CO吸收光谱线谱线强度、综合加宽线型函数和吸收系数, 然后通过MATLAB数值仿真出温度与CO吸收光谱线的谱线强度、综合加宽线型函数和吸收系数的变化关系曲线, 并分析讨论温度与它们的关系。结果表明, 温度对CO吸收光谱线的影响, 特别是对综合加宽线型函数的影响是复杂的, 并且不同激光频率还会影响线型函数和吸收系数随温度的变化关系, 这对于实际应用中CO的吸收与测量具有重要的参考价值。