图像作为人们获取和传递信息的重要媒介,其重要性对图像处理技术提出了非常高的要求。边缘增强作为图像处理技术中的一项关键技术,通过凸显图像的边缘轮廓,获取图像最基础最重要的信息,在光学、医学、天文等诸多领域均有不可替代的作用。涡旋滤波技术通过对图像的傅里叶频谱进行滤波操作,既能实现任意形状物体的各向同性边缘增强,也可变换螺旋相位结构实现方向可选、强度可控的各向异性边缘增强,成像结果选择性强、对比度高,性能优异。因此,对涡旋滤波技术的研究具有十分重要的意义。本论文主要围绕涡旋滤波技术,针对涡旋滤波器孔径形状对边缘增强效果的影响、各向异性涡旋滤波器的结构展开研究;同时对该技术应用于噪声图像的边缘增强场景提出增加预处理的方案。本文的主要研究工作如下:（1）研究涡旋滤波器的孔径形状对边缘增强性能的影响。涡旋滤波器的孔径尺寸有限,不同形状的孔径会对滤波效果产生影响。本文主要研究多边形、多边环形和单缝形孔径的影响规律,弥补了现有文献对涡旋滤波器孔径形状研究的不足。研究结果表明:当孔径的面积一定时,随着多边形的边数增多,其点扩散函数振幅分布越接近螺旋相位板,边缘增强效果也越接近螺旋相位板的各向同性边缘增强效果;相比多边形孔径,多边环形孔径在抑制背景噪声方面效果较好,多边环形涡旋滤波器的成像结果噪声减小,质量提高;对于单缝形孔径,结合螺旋相位将其运用到选择性边缘增强上,可方便准确地选择某个方向的信息进行增强。（2）提出幂指数型螺旋相位滤波器结构,研究该种滤波器实现边缘增强的原理和性能。该结构通过引入幂指数打破点扩散函数的对称性,提供了各向异性涡旋滤波器实现选择性增强的新思路。理论分析与仿真结果表明:该滤波器可实现各向异性边缘增强;通过改变功率系数n可实现对边缘增强区域大小的控制;改变初始相位角Φo可实现对边缘增强方向的控制;该滤波器不但可以对振幅型物体进行边缘增强,对相位型物体同样有效。（3）提出同号拓扑荷叠加型涡旋滤波器结构,研究该结构实现方向可选、强度可控的边缘增强的原理和性能。该结构中选取拓扑荷等于1和3的两个螺旋相位进行叠加,并引入参数c调节两个涡旋的比例,引入类贝塞尔振幅调制抑制点扩散函数的旁瓣,完善了叠加型涡旋滤波器的研究分析。研究结果表明:该滤波器可通过调节初始相位角Φo实现边缘增强方向的选择,调节比例参数c实现边缘增强强度的控制。（4）提出基于四元数降噪预处理的涡旋滤波方案,研究该方案用于噪声图像中的性能优势。该方案在涡旋滤波技术中引入四元数降噪预处理过程,极大地解决了图像平滑和细节保持之间的矛盾,提高了边缘增强图像的质量。研究结果表明:对同一幅含10dB噪声的图像,该方案可将图像的峰值信噪比提升至75.835dB,且边缘响应较细,轮廓突出,细节保持完整,相比中值滤波和均值滤波预处理方案,图像质量有了明显的提高。