Marr的視覺計算理論[Marr1982]立足于計算機(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，是視覺研究中迄今為止最為完善的視覺理論．Marr建立的視覺計算理論，使計算機(jī)視覺研究有了一個比較明確的體系，并大大推動了計算機(jī)視覺研究的發(fā)展．人們普遍認(rèn)為，計算機(jī)視覺這門學(xué)科的形成與Marr的視覺理論有著密切的關(guān)系．事實上，盡管20世紀(jì)70年代初期就有人使用計算機(jī)視覺這個名詞[Binford，1971]，但正是Marr 70年代末建立的視覺理論促使計算機(jī)視覺這一名詞的流行．下面簡要地介紹Marr的視覺理論的基本思想及其理論框架．
1．2．1 三個層次
Marr認(rèn)為, 視覺是一個信息處理系統(tǒng)，對此系統(tǒng)研究應(yīng)分為三個層次：計算理論層次，表示(representation)與算法層次，硬件實現(xiàn)層次，如表1-1所示．

按照Marr的理論，計算視覺理論要回答視覺系統(tǒng)的計算目的和策略是什么，或視覺系統(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，如何實現(xiàn)計算理論所對應(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．一般來說，不同的輸入、輸出和計算理論，對應(yīng)不同的表示，而同一種輸入、輸出或計算理論可能對應(yīng)若干種表示．在解決了理論問題和表示問題后，最后一個層次是解決用硬件實現(xiàn)上述表示和算法的問題，比如計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)及具體的計算裝置及其細(xì)節(jié)．從信息處理的觀點來看，至關(guān)重要的乃是最高層次，即計算理論層次．這是因為構(gòu)成知覺的計算本質(zhì)，取決于解決計算問題本身，而不取決于用來解決計算問題的特殊硬件．換句話說，通過正確理解待解決問題的本質(zhì)，將有助于理解并創(chuàng)造算法． 如果考慮解決問題的機(jī)制和物理實現(xiàn)，則對理解算法往往無濟(jì)于事．