Ясно, что нужно начинать с крупных объектов.
На данном примере - это: небо, песок и вода.
1. Ищем линию границ крупных объектов (обводка) и находим значимые "точки" (круговая область с автоматическим радиусом): те, где линия изгибается уникально.
2. Производим сопоставление этих точек на фрагменте и полном изображении, используя повороты только этих небольших круговых областей в ч/б режиме.
3. При совпадении любых двух из них (фрагмента с полным изображением) - мы сразу же знаем точные координаты искомого фрагмента на полном изображении.