成像技术是光学学科的一个重要分支,在人们生活的各个方面有着广泛而重要的应用。根据傅里叶光学理论,人们基于光学傅里叶变换技术发展了丰富的光学成像与图像处理技术。然而,对于高速旋转物体的成像,由于物体的傅里叶频谱在旋转过程中不断变化,传统的傅里叶光学成像技术并不能高效地应对这一任务。1992年L.Allen等人提出并验证,具有螺旋相位波前的光束中每个光子携带轨道角动量（orbital angular momentum,简称OAM）,自此引发了OAM的研究热潮,目前OAM在光通信、量子信息处理、光学全息和成像等领域都有大量的研究和应用。其中,基于OAM与空间角向位置的傅里叶变换关系,人们提出了数字螺旋成像技术,并逐渐展现了其在旋转物体探测中的应用价值。但是,目前相关技术仅仅利用了OAM这一角向维度,由于缺乏径向信息,阻碍了数字螺旋成像技术在二维旋转光场成像中的发展和应用。拉盖尔高斯（Laguerre Gaussian,简称LG）模式是傍轴近似条件下波动方程的柱坐标本征解,包含角向指数l和径向指数p,并被验证了其螺旋相位携带OAM,是对旋转物体进行二维成像的理想光学模式。因此,本文基于数字螺旋成像技术的理论基础,提出了基于LG模式测量和处理的高速旋转物体成像技术,具体内容包括:1.提出了一种基于LG模式谱测量的旋转物体成像技术。在原理上,利用LG模式旋转对称性,发展了基于LG谱的旋转物体成像理论,可大幅提升图像处理效率;在实验上,发展了旋转物体LG谱的高效测量技术,通过模式的相干叠加,可以直接重构出旋转物体的图像;同时,通过对LG谱的操作,实现图像角向和径向边缘增强、图像旋转和对称操作以及图像角向复制等图像处理功能。这一基于LG变换的旋转物体成像方法证明了LG模式是适用于旋转物体成像技术的光学基底。2.提出了一种基于OAM谱修正的超高速旋转物体成像技术。当物体转速超过相机响应速度时,物体在相机曝光时间内进行一定转动,导致拍摄的图像产生旋转模糊。在实验中,我们基于OAM模式对物体转速进行监测,计算得到对应的OAM谱模糊函数,并对拍摄得到的旋转模糊图像进行OAM谱的修正,从而得到高速旋转的清晰图像。这一成像技术可以实现突破相机拍摄参数限制下的超高速旋转物体清晰成像。