图像边缘增强是光学信息处理的一个重要的应用方向。实现图像边缘增强的多种方法中,一种常见手段是对其空间频域分布进行操作,比如暗场法。螺旋相位片是一种沿角向产生顺次相位延迟的光学元件,常用于产生和检测螺旋光。将螺旋相位片应用于图像的空间频域,将在不损失能量的情况下实现能量的重新分布,使空间频率较高的图像边缘得到加强。这就是所谓的螺旋相位空间频域滤波技术。将螺旋相位空间频域滤波技术应用于显微镜光学系统中,可以实现振幅型和相位型物体的图像边缘增强,突破了普通显微镜在观察纯相位物体上的限制。螺旋相位空间频域滤波法在生物医学、司法检验、微电子行业等领域有着潜在的应用价值。虽然该方法相对于其它方法具有一定的优势,但是具体细节还有待进一步研究。本文主要研究螺旋相位空间频域滤波器实现图像边缘增强的理论分析、数值仿真以及实验验证。本文的主要工作如下:1、介绍了几种制作螺旋相位滤波器的方法,并对比他们的优缺点。本文选用计算全息光栅法制作的振幅叉状光栅作为螺旋相位滤波器,该光栅能够对输入图像的空间频谱嵌入螺旋相位。另外,详细讲解了振幅叉状光栅产生螺旋光束的原理,并对其进行仿真。2、理论分析了螺旋相位滤波器在4f光学系统中实现径向希尔伯特变换的原理,解释了实现图像等向边缘增强的原理。讨论了螺旋相位滤波器的尺寸以及4f系统中的透镜焦距对图像成像的影响。进一步,详细分析了振幅叉状光栅实现图像等向边缘增强的理论,结果表明只有其±1级衍射级对图像增强有效。还通过实验验证了振幅叉状光栅在显微中能够实现振幅型和相位型物体的等向边缘增强,大大提高了图像的对比度和分辨率。3、理论分析并仿真验证螺旋相位滤波器实现浮雕阴影效果的两种方法:设置螺旋相位滤波器的中心相位值法和微移螺旋相位滤波器法。此外,实验验证了微移螺旋相位滤波器能够实现浮雕阴影效果。