随着数字图像处理技术广泛应用于空间探测、卫星遥感、航空航天、生物医学、工业检测、资源勘察以及视觉测量等诸多领域,图像处理技术的研究越来越显现出其重要的理论意义与实用价值。涉及图像处理(加工、分析)的主要方式为改进图像处理算法和整合硬件实现手段,但目前图像的处理算法已趋于成熟,其复杂程度也较为固定。因此,通过优化处理算法来提高处理速度和满足性能指标也相对困难,转变图像处理算法的实现手段成了研究热点。为了适用于便携式设备,实现手段从通用计算机向微型处理器转变,但分辨率的不断提高对图像处理系统提出了更高的要求,传统单核处理器逐渐展现出了许多的瓶颈及局限性,已无法满足高分辨率图像处理的高性能需求,这也恰好促进了多核技术的迅速发展。多核处理器已成为现代多核技术发展研究的主流方向,通过片内集成多个资源的运算核并行处理及协同工作,最大化实现了通讯效率和并行计算,从而提高了系统处理的整体性能。因此,具有多核结构的处理器为图像的并行处理提供了一种新的研究方向和解决思路,研究多核互连技术已成为实现图像并行协同处理的关键技术。本文以SOPC技术为核心,采用Altera公司的Nios II软核处理器,结合FPGA并行性、流水线以及可重构配置技术,详细讨论了共享总线型、交叉开关型及片上网络型多核互连架构,深入研究了采用共享存储器、通用接口核和SG-DMA核等方式的核间通信机制。以人脸面部检测为研究对象,通过肤色筛选模型分块并行处理的方式,在FPGA片内利用Qsys系统级集成开发工具构造SoC多核图像处理器系统内核,通过定制和配置IP核,手动连接添加的Nios II软核、存储器接口和I/O外设等组件挂载至Avalon总线上,编译生成多核处理器的内核硬件模块,并设计延时复位模块、锁相环模块,以及建立tcl脚本文件(分配管脚)等,从而完成多核处理器系统的FPGA顶层硬件电路。最后根据目标硬件相匹配的板级支持包(BSP)文件,采用NiosII SBT for Eclipse集成开发环境完成多核处理器系统的软件设计。结果表明,通过以Cyclone IV GXP4CGX150F31为核心的硬件平台,利用Qsys构建并实现了可配置、可裁减及可扩充的多核处理器系统,经过调试与分析,将结果输出到NiosII Console,得到了人脸面部的顶点坐标。结合MATLAB软件,利用rectangle函数勾勒出人脸的面部轮廓并显示处理结果,说明该系统运行良好,达到了人脸定位和识别的目标,成功实现了FPGA多核SoC处理器系统对数字图像的并行协同处理。为图像并行处理系统的多核互连架构和核间通信机制提供了一种可行的解决方案,这也为进一步提高多核的并行处理、协同工作以及实际运行性能奠定了坚实的理论与实践基础。