Marr的视觉计算理论[Marr1982]立足于计算机科学,系统地概括了心理生理学、神经生理学等方面业已取得的所有重要成果,是视觉研究中迄今为止最为完善的视觉理论.Marr建立的视觉计算理论,使计算机视觉研究有了一个比较明确的体系,并大大推动了计算机视觉研究的发展.人们普遍认为,计算机视觉这门学科的形成与Marr的视觉理论有着密切的关系.事实上,尽管20世纪70年代初期就有人使用计算机视觉这个名词[Binford,1971],但正是Marr 70年代末建立的视觉理论促使计算机视觉这一名词的流行.下面简要地介绍Marr的视觉理论的基本思想及其理论框架.
1.2.1 三个层次
Marr认为, 视觉是一个信息处理系统,对此系统研究应分为三个层次:计算理论层次,表示(representation)与算法层次,硬件实现层次,如表1-1所示.
按照Marr的理论,计算视觉理论要回答视觉系统的计算目的和策略是什么,或视觉系统的输入和输出是什么,如何由系统的输入求出系统的输出.在这个层次上,信息系统的特征是将一种信息(输入)映射为另一种信息(输出).比如,系统输入是二维灰度图像,输出则是三维物体的形状、位置和姿态,视觉系统的任务就是如何建立输入输出之间的关系和约束,如何由二维灰度图像恢复物体的三维信息.表示与算法层次是要进一步回答如何表示输入和输出信息,如何实现计算理论所对应的功能的算法,以及如何由一种表示变换成另一种表示,比如创建数据结构和符号.一般来说,不同的输入、输出和计算理论,对应不同的表示,而同一种输入、输出或计算理论可能对应若干种表示.在解决了理论问题和表示问题后,最后一个层次是解决用硬件实现上述表示和算法的问题,比如计算机体系结构及具体的计算装置及其细节.从信息处理的观点来看,至关重要的乃是最高层次,即计算理论层次.这是因为构成知觉的计算本质,取决于解决计算问题本身,而不取决于用来解决计算问题的特殊硬件.换句话说,通过正确理解待解决问题的本质,将有助于理解并创造算法. 如果考虑解决问题的机制和物理实现,则对理解算法往往无济于事.
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