Поиск сдвига одного изображения относительно другого?
Про OpenCV не подскажу, но я бы написал это вручную. Идея простая: Задаем функцию которая проверяет истинность (точнее обратное ей значение, типа "ложность") гипотезы что второе изображение является первым изображением, сдвинутым по осям ровно на значения X, Y. Эта функция рассчитывается (например) как сумма квадратов разностей значений соответствующих пикселов первого изображения и второго, сдвинутого на -X, -Y. Имея такую функцию дальше просто находим ее минимум методом градиентного спуска (начальные значения X=0, Y=0), полученные X, Y и будут рассчитанными значениями смещения второго изображения от первого.
С поворотом все аналогично, только добавляется еще одна одна переменная - градус поворота. Но функция проверки гипотезы становится значительно тяжелее в вычислительном плане: на каждый пиксел пойдет минимум одна тригонометрическая функция (относительно тяжелая для CPU), плюс этим обламывается SIMD оптимизация, которая дает многократное ускорение для первого варианта без поворота.
В OpenCV есть phaseCorrelate на выходе получите направление смещения.