提出一种快速高精度Fourier-Mellin变换图像配准方法，可提高高光谱成像过程中光谱复原的速度与精度。该方法运用两次局部上采样相位相关法，一次在对数极坐标域中估计旋转和缩放参数，另一次在笛卡尔坐标系中估计平移参数。引入梯度预处理过程，使算法更加稳健。介绍了Fourier-Mellin变换的原理，该变换可实现旋转和缩放参数的解耦合。在传统相位相关法的基础上介绍了局部上采样相位相关法。证明了梯度预处理过程的必要性。仿真结果表明，所提方法可以实现高精度的图像配准。