LED照明技术以其出色的功能性、安全性及舒适性正成为未来照明的核心发展方向。LED晶片是LED照明设备的发光核心，而LED自动固晶机是LED生产流程中后封装设备的重要一环，是完成LED晶片的检测、拾取和粘片等工作的设备。为实现LED晶片的准确定位、检测和分类，固晶机的图像匹配系统的精度和速度是影响固晶机质量和性能的关键因素。本文结合LED晶片识别及定位的具体工业应用，深入调研了图像匹配的性能优化算法及硬件并行加速的可行性，从匹配相关函数和模板快速搜索方法两方面进行研究，设计了一种实现多个LED晶片定位的高速图像匹配算法设计方案。主要工作包括：首先，基于实际课题对同一图像多个LED晶片目标匹配、亚像素精度以及高实时性的要求，研究分析了大量图像匹配算法，主要分为基于频域特征的匹配算法和基于空间域特征的匹配算法。归纳出能充分发掘现有硬件潜力、并具有硬件加速空间的快速匹配方法，并对这些算法进行了进一步的性能优化设计。在此基础上，将频域和空间域匹配方法进行有机结合，设计了一种基于快速傅里叶变换（FFT）的相位相关匹配算法。优化计算分母归一化的互功率谱来实现多目标匹配定位，改进Fourier-Mellin不变形法实现旋转角度的计算，并利用二维曲面拟合法实现亚像素精度的坐标匹配。在满足亚像素精度的条件下最大限度地减少相关函数和搜索空间的计算量，加快运行速度。最后，归纳总结高速图像匹配算法的构造思想和编程技巧，对匹配算法的FFT运算和多峰值搜索等算法等核心运算部分作并行优化设计，分别结合Intel SSE2指令集和NVIDIA CUDA平台进行硬件并行实现，设计出功能完善的实现多个LED晶片匹配的图像算法系统。实验结果表明，针对本课题开发的匹配算法系统能适应匹配目标的旋转及噪声干扰等情况，而且实时性与精度均很好地满足应用需求。