基于互信息的图像配准方法，已经广泛应用于图像配准领域。但互信息图像配准方法容易受到局部极值的干扰，难以得到最优解。对互信息图像配准中互信息的表征、图像插值方法以及优化搜索算法三个要素做了探讨，尤其针对常用的Powell搜索算法的不足，提出了基于互信息和二级搜索的图像配准算法。该算法以标准互信息为图像相似测度，利用ＰＶ插值法平滑搜索空间，采用Simplex算法进行一级粗配准，采用Powell算法进行二级精配准。仿真结果表明，二级搜索配准算法能够有效地克服局部极值，提高计算速度，用于大差异图像配准。