人类对光的感知是依靠视网膜(retina)细胞。cones(圆锥细胞)负责感知光度(较强光)和色彩, rods(杆状细胞)仅能感知光度，不能感知颜色，但其对光的敏感度是cones的一万倍。在微软光环境下rods起主要作用，因此我们不能在暗环境中分辨颜色。一些数码相机的夜光拍摄模式也模拟了这一特性。
视网膜中三种圆锥细胞(cones) 有重叠的频率响应曲线，但响应强度有所不同，他们 分别对红(570nm), 绿(535nm), 蓝(445nm)光有最敏感，共同决定了色彩感觉。光度(luminance) 正比于视网膜细胞接受到的光强度能量，但人类对相同强度不同波长的光具有不同的敏感度。可感知的波长范围380nm~780nm，称为可见光。其中对绿色(550nm)光产生最大的光强敏感度。
人类对亮度信号较敏感，对色度信号较不敏感。可以把色度信号的采用频率降低到亮度采样频率的一半(甚至1/4),例如YUV信号里面可用4:2:0 , 4:2:2采样。
(请快速转动眼睛看看, Hermann grid illusion)对空间的感知：
眼睛的空间分辨能力，即视力，通常用可分辨视角(degree)的倒数为单位。正常人的最少可辨视觉阀值约0.5”，最大视觉范围200度(宽)×135度(高)。
空间频率即影像在空间中的变化速度。用亮度呈空间正弦变化的条纹做测试，亮度Y(x,y) = B(1+mcos2πfx), 给定条纹频率f为一固定值(看作是宽度)，改变振幅m(看作对比度)，测试分辨能力。显然m越大分辨越清楚，测试不同条件下(不同cpd)可分辨的最少m值，定义1/mmin为对比敏感度(contrast sensitivity)。定义人眼的对空间感觉的角度频率：cpd: cycle / degree ，表示眼球每转动一度扫过的黑白条纹周期数。对给定的条纹，这个值与人眼到显示屏的距离有关，对于同样大小的屏幕，离开越远，cpd越大。
通常人眼对空间的感觉相当于一个带通滤波器。最敏感在2~5个cpd ，空间截止频率为30cpd。比如我们看油画和电视机屏幕时，当距离离开一定远，cpd增大，人的眼睛就分辨不了象素点细节，便感觉不到颗粒感了。
当人观察一个静止影像时，眼球不会静止一处(精神病人除外), 通常停留在一处几百毫秒完成取像后，移到别处取像，如此持续不断。 这种运动称为跳跃性运动(saccadic eye movement)。研究表明跳跃性运动可以增大对比敏感度，但敏感度峰值却减少。
对时间频率的感知：
时间频率即画面随时间变化的快慢。Kelly.D.H用亮度按时间正弦变化的条纹做实验，亮度Yt) = B(1+mcos2πft)。改变m, 测试不同时间频率f下的对比敏感度。
实验表明时间频率响应还和平均亮度有关。在一般室内光强下，人眼对时间频率的响应近似一个带通滤波器。对15~20Hz信号最敏感，有很强闪烁感(flick)，大于75Hz响应为0，闪烁感消失。刚到达闪烁感消失的频率叫做临界融合频率(CFF)。在较暗的环境下，呈低通特性，且CFF会降低，这时对5Hz信号最敏感，大于25Hz闪烁基本消失。电影院环境很暗，放映机的刷新率为24Hz也不感到闪烁, 这样可以减少胶卷用量和机器的转速。而电脑显示器亮度较大，需要75Hz闪烁感才消失。闪烁消失后，亮度感知等于亮度时间平均值(塔鲁伯法则)。这种低通特性，也可以解析为视觉暂留特性，即当影像消失/变化时，大脑的影像不会立刻消失，而是保留一个短暂时间。生活中常感受到的动态模糊，运动残像也和这个有关。有很多电子产品设计利用了这一现象，例如LED数码管的动态扫描，LED旋转字幕等。
对运动物体感知
观察一个运动物体，眼球会自动跟随其运动，这种现象叫随从运动(eye pursuit movement)。这时眼球和物体的相对速度会降低，我们能更清晰地辨认物体。例如观看球类比赛(如棒球)，尽管棒球的运动速度很快，由于随从运动，我们仍够看得到球的大概样子 (但会有运动模糊)。如果我们把眼睛跟着风扇转动方向转动，会发现对扇叶细节看得较清楚。眼球随从最大速度为4～5度/秒，因此我们不可能看清楚一颗子弹飞行。