目前的2D/3D医学图像配准方法的配准精度和效率存在矛盾，配准捕获范围小．为解决这些问题，本文提出一种基于主方向傅里叶变换算子的分级配准方法．首先，提出平面旋转平移不变性算子——主方向傅里叶变换算子．然后，提出基于主方向傅里叶变换算子的模板匹配初始化方法，可避免接近真值的初值需求，并显著扩大了捕获范围．最后，提出基于主方向傅里叶变换算子的分级配准框架，将配准搜索空间从O(n6)降到O(n2)，在保证配准精度的情况下大幅提高配准效率．在配准实验中，本文方法的配准精度为0.68 mm±0.28 mm，配准时间为16.87 s±3.77 s，捕获范围大于100 mm．因此，所提出的基于主方向傅里叶变换算子的分级配准方法可以满足2D/3D图像配准在相关临床应用中精度、效率及捕获范围的需求.