人眼进行视看时,外界刺激通过角膜、房水、晶状体及玻璃体到达视网膜,视网膜上的锥状及杆状感光细胞与双极细胞、神经节细胞及水平细胞等构成复杂 的网络通路,把刺激初步处理为神经冲动,并由视神经传送到丘脑的外侧膝状体(LGN)。 锥状细胞和杆状细胞有着不同的视觉功能,锥状细胞在明视觉条件下起着主导作用,而杆状细胞则主要在暗视觉条件下起作用。杆状细胞对光刺激敏感度高,没有颜色感应,只能分辨粗略轮廓;锥状细胞具有较高轮廓分辨率,按所含视色素的不同吸收特性分为L,M,S三种细胞,其共同作用而产生了颜色的感觉。

明视觉条件下,人眼光谱感受性由亮度匹配法确定,其简要原理即要求若干观察者调节光谱不同单 色光强度以匹配一个固定亮度的参考光源,这是以主观明亮感受作为依据确定出的人眼响应,CIE采用了得出的等能光谱感受曲线,即明视觉光谱光视效率,以此作为明视觉光度计算的基础。

在暗视觉水平,采用视觉阈值测量法来确定人眼的感受性,即测量各波长单色光刚好能被观察者看到时所需要的辐射能量,从而得到在暗视觉条件下的光谱光视效率。

当亮度水平处于明视觉与暗视觉之间时,一般为0.001~3照度 ,CIE规定为中间视觉,近年逐渐开展了对中间视觉的人眼感受性研究。在中间视觉条件下,锥状和杆状细胞共同产生作用,并随着亮度水平的不同而发生变化,因此也决定了中间视觉人眼响应研究的复杂性,目前还没有相应的光度学标准。

在以上不同视觉水平条件下对人眼光谱感受性的研究,考虑的是人的主观明暗感觉,而单从视觉机理来说人眼的视觉感受过程是复杂的,不仅仅是只有明暗刺激感受,光色刺激同样也会影响视觉功效的评价。