Если фрагмент строго попиксельно идентичен куску большого изображения, то всё просто.
Берется первый ряд пикселей фрагмента и проверяется его вхождение в ряды пикселей исходника.
То есть это фактически задача поиска подстроки в большой строке. Это суперклассическая задача, по ней написаны тонны научных работ, разработано стопиццот оптимизированных алгоритмов, многие реализованы в библиотеках. Да хоть википедию можно смотреть:
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%B8%D...
Если найден - проверяются последующие ряды.
Вот если вхождение нестрогое (например, фрагмент отмасштабирован, или яркость не совпадает, или просто немного покоцан jpeg-пересжатием) - тогда всё сильно сложнее.
