Очередные крупные успехи в изучении зрения были достигнуты в XIX веке. Благодаря трудам Гельмгольца и Вундта, описанным в главе 1, методика проведения психофизических экспериментов стала строгой научной дисциплиной. А труды Юнга, Максвелла и Гельмгольца привели к созданию трехкомпонентной теории цветоощущения. Стереоскоп, изобретенный Витстоуном [1582], позволил продемонстрировать, что люди получают возможность определять глубину изображения, если на левый и правый глаз поступают немного разные картинки. После того как стало известно о создании стереоскопа, этот прибор быстро завоевал популярность в гостиных и салонах по всей Европе. Возникла новая научная область — фотограмметрия, основанная на принципиально важном понятии бинокулярных стереоданных, согласно которому два изображения сцены, снятые немного с разных точек зрения, несут достаточную информацию для получения трехмерной реконструкции сцены. В дальнейшем были получены важные математические результаты; например, Круппа [861] доказал, что если даны два изображения пяти различных точек одного и того же объекта, то можно реконструировать данные о повороте и переносе камеры с одной позиции в другую, а также о глубине сцены (с точностью до коэффициента масштабирования). Хотя геометрия стереоскопического зрения была известна уже давно, не было ясно, как решают задачу фотограмметрии люди, автоматически согласующие соответствующие точки изображений. Удивительные способности людей решать проблему соответствия были продемонстрированы Юлешем [755], который изобрел стереограмму, состоящую из случайно выбранных точек. На решение проблемы соответствия как в машинном зрении, так и в фотограмметрии в 1970-х и в 1980-х годах были потрачены значительные усилия.

Вторая половина XIX столетия была основным периодом становления области психофизических исследований человеческого зрения. В первой половине XX столетия наиболее значительные результаты исследований в области зрения были получены представителями школы гештальт-психологии, возглавляемой Максом Вертхеймером. Эти ученые были проводниками взглядов, что основными единицами восприятия должны быть законченные формы, а не их компоненты (такие как края), и выдвинули лозунг: "Целое не равно сумме его частей".