Marr的視覺(jué)計(jì)算理論[Marr1982]立足于計(jì)算機(jī)科學(xué)，系統(tǒng)地概括了心理生理學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)等方面業(yè)已取得的所有重要成果，是視覺(jué)研究中迄今為止最為完善的視覺(jué)理論．Marr建立的視覺(jué)計(jì)算理論，使計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究有了一個(gè)比較明確的體系，并大大推動(dòng)了計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究的發(fā)展．人們普遍認(rèn)為，計(jì)算機(jī)視覺(jué)這門(mén)學(xué)科的形成與Marr的視覺(jué)理論有著密切的關(guān)系．事實(shí)上，盡管20世紀(jì)70年代初期就有人使用計(jì)算機(jī)視覺(jué)這個(gè)名詞[Binford，1971]，但正是Marr 70年代末建立的視覺(jué)理論促使計(jì)算機(jī)視覺(jué)這一名詞的流行．下面簡(jiǎn)要地介紹Marr的視覺(jué)理論的基本思想及其理論框架．
1．2．1 三個(gè)層次
Marr認(rèn)為, 視覺(jué)是一個(gè)信息處理系統(tǒng)，對(duì)此系統(tǒng)研究應(yīng)分為三個(gè)層次：計(jì)算理論層次，表示(representation)與算法層次，硬件實(shí)現(xiàn)層次，如表1-1所示．

按照Marr的理論，計(jì)算視覺(jué)理論要回答視覺(jué)系統(tǒng)的計(jì)算目的和策略是什么，或視覺(jué)系統(tǒng)的輸入和輸出是什么，如何由系統(tǒng)的輸入求出系統(tǒng)的輸出．在這個(gè)層次上，信息系統(tǒng)的特征是將一種信息(輸入)映射為另一種信息(輸出)．比如，系統(tǒng)輸入是二維灰度圖像，輸出則是三維物體的形狀、位置和姿態(tài)，視覺(jué)系統(tǒng)的任務(wù)就是如何建立輸入輸出之間的關(guān)系和約束，如何由二維灰度圖像恢復(fù)物體的三維信息．表示與算法層次是要進(jìn)一步回答如何表示輸入和輸出信息，如何實(shí)現(xiàn)計(jì)算理論所對(duì)應(yīng)的功能的算法，以及如何由一種表示變換成另一種表示，比如創(chuàng)建數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和符號(hào)．一般來(lái)說(shuō)，不同的輸入、輸出和計(jì)算理論，對(duì)應(yīng)不同的表示，而同一種輸入、輸出或計(jì)算理論可能對(duì)應(yīng)若干種表示．在解決了理論問(wèn)題和表示問(wèn)題后，最后一個(gè)層次是解決用硬件實(shí)現(xiàn)上述表示和算法的問(wèn)題，比如計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)及具體的計(jì)算裝置及其細(xì)節(jié)．從信息處理的觀點(diǎn)來(lái)看，至關(guān)重要的乃是最高層次，即計(jì)算理論層次．這是因?yàn)闃?gòu)成知覺(jué)的計(jì)算本質(zhì)，取決于解決計(jì)算問(wèn)題本身，而不取決于用來(lái)解決計(jì)算問(wèn)題的特殊硬件．換句話說(shuō)，通過(guò)正確理解待解決問(wèn)題的本質(zhì)，將有助于理解并創(chuàng)造算法． 如果考慮解決問(wèn)題的機(jī)制和物理實(shí)現(xiàn)，則對(duì)理解算法往往無(wú)濟(jì)于事．