人眼類似於一個光學系統，但它不是普通意義上的光學系統，還受到神經系統的調節。人眼觀察圖像時可以用以下幾個方面的反應及特性：
(1)從空間頻率域來看，人眼是一個低通型線性系統，分辨景物的能力是有限的。由於瞳孔有一定的幾何尺寸和一定的光學像差，視覺細胞有一定的大小，所以人眼的分辨率不可能是無窮的，HVS對太高的頻率不敏感。
(2)人眼對亮度的響應具有對數非線性性質，以達到其亮度的動態範圍。由於人眼對亮度響應的這種非線性，在平均亮度大的區域，人眼對灰度誤差不敏感。
(3)人眼對亮度信號的空間分辨率大於對色度信號的空間分辨率。
(4)由於人眼受神經系統的調節，從空間頻率的角度來說，人眼又具有帶通性線性系統的特性。由信號分析的理論可知，人眼視覺系統對信號進行加權求和運算，相當於使信號通過一個帶通濾波器，結果會使人眼產生一種邊緣增強感覺一一側抑制效應。
(5)圖像的邊緣信息對視覺很重要，特別是邊緣的位置信息。人眼容易感覺到邊緣的位置變化，而對於邊緣的灰度誤差，人眼並不敏感。
(6)人眼的視覺掩蓋效應是一種局部效應，受背景照度、紋理複雜性和信號頻率的影響。具有不同局部特性的區域，在保證不被人眼察覺的前提下，允許改變的信號強度不同。
人眼的視覺特性是一個多信道(Multichannel)模型。或者說，它具有多頻信道分解特性(Mutifrequency channel decompositon )。例如，對人眼給定一個較長時間的光刺激後，其刺激靈敏度對同樣的刺激就降低，但對其它不同頻率段的刺激靈敏變卻不受影響(此實驗可以讓人眼去觀察不同空間頻率的正弦光柵來證實)。視覺模型有多種，例如神經元模型，黑白模型以及彩色視覺模型等等，分別反應了人眼視覺的不同特性。Campbell和Robosn由此假設人眼的視網膜上存在許多獨立的線性帶通濾波器，使圖像分解成不同頻率段，而且不同頻率段的帶寬很窄。視覺生理學的進一步研究還發現，這些濾波器的頻帶寬度是倍頻遞增的，換句話說，視網膜中的圖像分解成某些頻率段，它們在對數尺度上是等寬度的。視覺生理學的這些特徵，也被我們對事物的觀察所證實。一幅分辨率低的風景照，我們可能只能分辨出它的大體輪廓；提高分辨率的結果，使我們有可能分辨出它所包含的房屋、樹木、湖泊等內容；進一步提高分辨率，使我們能分辨出樹葉的形狀。不同分辨率能夠刻畫出圖像細節的不同結構。
人眼在可見光譜範圍內的視覺靈敏度是不均勻的,它隨波長的變化而變化。
1.1色覺向度
光波具有三種可以量化的物理學向度，那就是波長 波幅和純度。所謂純度是指同一束光所含光波的種類數。如果該束光只含有一種光波，即爲同質光。若含兩種以上的光波,就稱爲異質光或多彩光。當人眼睛的視網膜受到光的刺激時，所引起的色覺經驗具有三種心理性向度，即色彩亮度和飽和度。 色彩之不同，取決於光的波長，而亮度的高低則與光的波幅成正比，但也與光的波長有關。在白天，波長550nm左右的光最亮，而在夜晚，波長510nm左右的光最亮.飽和度是指顏色的純度。其飽和度越大，其色彩越鮮豔，反之，越灰暗。
1.2人眼對光譜的靈敏度
在人眼的視網膜上有兩種視覺細胞，即錐狀細胞和桿狀細胞。錐狀細胞不但可以接受色彩的刺激，還可以感受亮度的刺激。所以，在白天書畫光下，人眼可以同時識別彩色與非彩色的物體，但到了夜間或暗處，錐狀細胞即失去感光作用,視覺功能由桿狀細胞取代.此時，人眼便無法感覺彩色，僅能辨別白色和灰色。
1.3明視覺 暗視覺與中介視覺
明視覺
在環境亮度大於10cd.m-²時,視覺完全由錐狀細胞起作用,最的的視覺響應在光譜藍綠區間的555nm處,在這樣亮度的環境中的視覺特性稱爲明視覺。
暗視覺
在環境亮度低於10-²cd.m-²時,錐狀細胞失去感光作用,視覺功能由桿狀細胞取代,人眼失去感覺彩色的能力，僅能辨別白色和灰色.在這樣亮度的環境中的視覺特性稱爲暗視覺.
中介視覺
當景物的亮度增加到10-²cd.m-²以上時,除明亮度增加外,還可以發現三個效應。首先，中心凹的察覺開始變得和邊緣部分的察覺一樣容易。其次，可以感覺到顏色，開始時弱，其後增強。第三，隨着亮度的變化，錐狀細胞和桿狀細胞對視覺的作用也隨之發生變化。
1.4明適應 暗適應和比視感度
明適應
人由暗處走到亮處時的視覺適應過程，稱爲明適應。
當人由暗處走到亮處時，人眼一時無法辨認清物體，需要大約一分鐘的調整適應時間，其調整過程分爲三個階段：
(1)瞳孔縮小，減少光線的進入。
(2)錐狀細胞敏感度逐漸增加。
(3)桿狀細胞敏感度迅速降低。
暗適應
人由亮處走到暗處時的視覺適應過程，稱爲暗適應。
當人由亮處走到暗處時，人眼一時無法辨認物體，需要大約三十分鐘的調整適應時間，其調整過程也分爲三個階段：
(1)瞳孔放大，增加光線的進入。
(2)錐狀細胞敏感度減弱，感光度逐漸增加。
(3)桿狀細胞敏感度迅速增加，以取代錐狀細胞，擔負視覺功能。
比視感度
可見光的波長約在380 至780 nm之間,其中黃綠色對人眼的視覺感度最高,設定爲100%,則波長爲480nm的藍色光和波長爲650nm的紅色光的比視感度就只有0.1左右了,所以這兩種光的視覺感度較差。所以，在汽車防霧燈和道路照明中採用能發出黃綠光的光源，爲的就是增加人眼的視覺感度來提高照明亮度，從而保證安全行車。