随着数字图像处理技术在近几十年来的迅猛发展，数字图像处理技术被广泛应用于航空航天、通信、医学及工业生产等领域中，FPGA等可编程器件的硬件实现图像处理也取代了软件实现图像处理成为了近几年的热门领域。但随着图像分辨率的越来越高，图像处理的数据量越来越大，处理也非常耗时。而随着实时图像器材技术的不断发展，图像的产生量和处理需求也快速发展，远远超过单核处理器计算能力的发展速度。为了尽可能加快图像处理速度，需要使用专门设计的多核处理器及其互联结构，当前的FPGA产品已经可以在原理上把这种构思化为现实。本文分析了多核处理器的发展现状和未来前景以及图像处理技术中常见的几种算法，并根据算法处理过程中可能存在的并行性，结合FPGA的工作原理和工作流程，提出了一种基于FPGA的多核矩阵处理器设计。多核矩阵处理器采用同构多核结构，将图像处理过程中可能存在的并行数据传送和数据计算尽可能的分配给多个处理核同时工作，希望达到最大并行性，并且每一个处理核实现的功能简单专一，代码简短读取效率高，这样可以大幅提高图像处理在应用中的速度，减少图像处理所需的时间。本文以图像Sobel处理为例，阐述了多核矩阵处理器中每一部分模块的的功能、核内数据的计算传送流程以及核间数据传送设计、时钟设计。本文主要完成了图像Sobel处理的多核矩阵处理器的设计，Verilog语言和代码设计，通过Altera公司的QuartusII9.0开发软件、第三方仿真工具ModelsimSE6.6和Synplify Pro逻辑综合器软件进行程序编写，行为仿真，功能仿真，综合优化，时序仿真，并进行实验验证，并得出结论。