Рассматривается задача цифровой обработки последовательностей изображений с использованием дискретных систем. Предлагается математическая модель дискретной оптимизации при решении задачи построения поля перемещений для последовательностей изображений. Данная модель отражает дискретный характер получения последовательности изображений (кадров), а также в ней заложена возможность учитывать изменение яркости вдоль траекторий системы. Разработан оптимизационный алгоритм построения поля перемещений, основанный на исследовании интегрального функционала на ансамбле траекторий дискретной системы. Приведены аналитический вид вариации функционала и представление градиента функционала, что позволяет использовать направленные методы оптимизации для поиска искомых параметров. Данный алгоритм может применяться для обработки различных цифровых изображений, в частности для радионуклидных. Рассмотрена реализация предложенного метода на примере радионуклидных изображений.