光子不仅携带自旋角动量,还携带有轨道角动量。近年来,光子的轨道角动量在经典光学、光学操控、光镊、量子光学,光学成像等领域有着广泛的应用。拉盖尔-高斯光束是傍轴亥姆霍兹方程的本征解,理论上可构成一组无限维的完备正交基矢,借助数字螺旋成像使用拉盖尔-高斯光束可以对一幅光学图像实现重建,即任意的光场或任意的一幅光学图像可以表示成一组拉盖尔-高斯模式的叠加。本论文在现有的基础之上,进行一定程度的深入研究,分析了不同参数的拉盖尔-高斯光束对图像重建的影响,及对现有的图像重建方法进行优化,并研究了不同种类噪声和滤波模式对图像重建的影响。具体研究内容有以下三部分:1、研究了不同参数的拉盖尔-高斯光束对图像重建的影响。由于任意的图像或光场都可由一组拉盖尔-高斯光束叠加表示,因此可根据提取到的数字螺旋谱来重建图像。详细分析了螺旋谱中不同拓扑荷数l,不同径向量子数p对图像重建的影响,数值仿真结果及理论研究表明p分量决定物体的几何信息。2、提出一种可以使用少量拉盖尔-高斯模式重建高清晰度图像的方法。在理论上,重建一幅完整的复杂图像需要数万个拉盖尔-高斯模式叠加才能实现,而本文仅使用数百个拉盖尔-高斯模式并与大津阈值法结合实现了高清晰度的图像重建。并且使用了“LOVE”和“2022”两种图像,证明了该方法可以有效地提高图像的清晰度,为在自由空间光通信基于少量拉盖尔-高斯模式的图像处理提供了一个新思路,在光学信息处理、光子芯片图像处理上有潜在的应用价值。3、研究了不同种类的噪声和不同的滤波模式对基于拉盖尔-高斯光束重建图像的影响。通过数值模拟高斯噪声和椒盐噪声对图像清晰度的影响,结果表明当两类噪声的噪声密度相同时,图像加入椒盐噪声后对重建图像的质量清晰度影响较小,且不同种类的噪声并不会影响重建图像的清晰度,也不会影响峰值信噪比随径向量子数p的变化趋势。还分析了不同的滤波模式对基于拉盖尔-高斯光束重建图像的影响。尽管噪声种类和滤波模式会对图像的清晰程度造成一定的影响,但是不会对图像的主特征造成较大影响,重建图像仍然具有较高的准确率。