图像处理技术是信息处理领域中的一项热门技术,在计算机视觉、地球资源勘测、气象信息等领域得到广泛的应用。随着人们对图像信息应用需求的扩大和计算机技术的飞速发展,提高图像处理的速度成为了图像处理致力于解决的难点问题之一。图像的并行处理是解决大规模图像处理问题的有效手段,但由于体积大、功耗高、难以维护等缺点,致使许多并行图像处理系统,如多处理器系统(MP)和集群系统(Cluster)等,难以得到广泛应用。向量处理是加速数据密集计算的一种成熟技术。通过引入向量机制,微处理器能够针对图像处理算法开发出更多的数据并行性,提高图像处理性能。本文以微处理器体系结构为研究方向,结合图像处理算法特点,研究设计了能够高速灵活处理各种图像算法的图像向量处理器。在指令系统设计上,首先从数学角度对图像处理中的局部运算进行了分析,提出了一种图像处理向量化方法。在此基础上,定义了图像向量处理运算集,进而设计了符合图像处理特点的32位RISC指令系统。在图像处理器体系结构设计上,采用处理器设计的基本理念,针对标量和向量混合执行方式,研究设计了各个组成单元的结构,对向量运算指令、向量访存指令和流水线等实现技术进行了详细的分析讨论。同时还设计了一块PCI通信板卡,以实现PC机与图像处理器之间的通信,构建了一个相对完整的图像处理系统。最后以Xilinx公司的Virtex 5系列FPGA为实现载体,测试验证了图像处理器的准确性。通过对比实验的理论分析和实际实验结果两方面分析,证明了图像处理器在图像处理方面的良好性能,为进一步研究奠定了坚实的芯片基础。