Для таких целей, давно существует библиотека OpenCV (стандарт де-факто), в которой кроме указанной техники, используются множество различных дополнительных алгоритмов и технологий, например, просчёт критических мест в GPU, распараллеливание задач и тд.
Вообще, это целый комплекс компьютерного зрения, и возможности этой штуки поражают
Я вот как раз вспомнил, что хотел более подробно изучить её и немного поиграться с этой библиотекой