人眼進行視看時,外界刺激通過角膜、房水、晶狀體及玻璃體到達視網膜,視網膜上的錐狀及桿狀感光細胞與雙極細胞、神經節細胞及水平細胞等構成復雜 的網絡通路,把刺激初步處理為神經沖動,并由視神經傳送到丘腦的外側膝狀體(LGN)。 錐狀細胞和桿狀細胞有著不同的視覺功能,錐狀細胞在明視覺條件下起著主導作用,而桿狀細胞則主要在暗視覺條件下起作用。桿狀細胞對光刺激敏感度高,沒有顏色感應,只能分辨粗略輪廓;錐狀細胞具有較高輪廓分辨率,按所含視色素的不同吸收特性分為L,M,S三種細胞,其共同作用而產生了顏色的感覺。

明視覺條件下,人眼光譜感受性由亮度匹配法確定,其簡要原理即要求若干觀察者調節光譜不同單 色光強度以匹配一個固定亮度的參考光源,這是以主觀明亮感受作為依據確定出的人眼響應,CIE采用了得出的等能光譜感受曲線,即明視覺光譜光視效率,以此作為明視覺光度計算的基礎。

在暗視覺水平,采用視覺閾值測量法來確定人眼的感受性,即測量各波長單色光剛好能被觀察者看到時所需要的輻射能量,從而得到在暗視覺條件下的光譜光視效率。

當亮度水平處于明視覺與暗視覺之間時,一般為0.001~3照度 ,CIE規定為中間視覺,近年逐漸開展了對中間視覺的人眼感受性研究。在中間視覺條件下,錐狀和桿狀細胞共同產生作用,并隨著亮度水平的不同而發生變化,因此也決定了中間視覺人眼響應研究的復雜性,目前還沒有相應的光度學標準。

在以上不同視覺水平條件下對人眼光譜感受性的研究,考慮的是人的主觀明暗感覺,而單從視覺機理來說人眼的視覺感受過程是復雜的,不僅僅是只有明暗刺激感受,光色刺激同樣也會影響視覺功效的評價。