1.3.2 视觉系统研究的三个层次

马尔从信息处理系统的角度出发，认为对视觉系统的研究应分为三个层次，即计算理论层次、表达与算法层次和硬件实现层次。

计算理论层次主要回答视觉系统的计算目的与计算策略是什么，或视觉系统的输入输出是什么，如何由系统的输入求系统的输出。在这个层次上，视觉系统输入是二维图像，输出则是三维物体的形状、位置和姿态。视觉系统的任务是研究如何建立输入输出之间的关系和约束，如何由灰度图像恢复物体的三维信息。表达与算法层次是要进一步回答如何表达输入和输出信息，如何实现计算理论所对应功能的算法，以及如何由一种表示方法变换成另一种表示方法。一般来说，使用不同的表达方式完成同一计算的算法会不同，但表达与算法是比计算理论低一层次的问题，不同的表达与算法，在计算理论层次上可以是相同的。最后一个硬件实现层次解决如何用硬件实现上述表达和算法的问题，比如计算机体系结构和具体的计算装置及其细节。

从信息处理的观点来看，至关重要的是最高层次，即计算理论层次。这是因为构成视觉的计算本质取决于计算问题的解决，而不取决于用来解决计算问题的特殊硬件。计算机或处理器所运算的对象是离散的数字或符号，计算机的存储容量也有一定的限制，因而有了计算理论还必须考虑算法的实现，为此需要给加工所操作的实体选择一种合适的表达——一方面要选择加工的输入和输出表达，另一方面要确定完成表达转换的算法。表达和算法是相互制约的，其中需要注意三点：1）一般情况下可以有许多可选的表达；2）算法的确定常取决于所选的表达；3）给定一种表达，可有多种完成任务的算法。综上所述，所选的表达和操作的方法有密切联系。一般将用来进行加工的指令和规则称为算法。有了表达和算法，在物理上如何实现算法也是必须要考虑的，特别是随着对实时性的要求越来越高，专用硬件的问题也常常被提出。需要注意的是，算法的确定常常依赖于从物理上实现算法的硬件特点，而同一个算法也可由不同的技术途径来实现。