Если вы объединяете 1 с 2, то вам нужно только объединить 3 с полученным изображением, нет?
Возможно, вы можете улучшить производительность, беря пары и обрабатывая их одновременно, затем пары пар и т. Д., Пока у вас не останется пар для объединения.