Das menschliche Auge reagiert unterschiedlich auf Farben und Intensitäten. Beide Parameter, die Farbfrequenz als auch die Helligkeit, lösen unterschiedliche Empfindungen aus, was daran liegt, dass das menschliche Auge unterschiedliche lichtempfindliche Rezeptoren hat: Die Stäbchen und die L-, M- und S-Zapfen für lang-, mittel- und kurzwelliges Licht. Diese drei Rezeptoren sind ungleich auf der Netzhaut verteilt. Alle Rezeptoren haben ihre Empfindlichkeit bei Wellenlängen zwischen 380 nm und 760 nm. S-Rezeptoren sind besonders empfindlich im Blaubereich, M-Rezeptoren im Grünbereich und S-Rezeptoren im Rotbereich. Da sie ungleich verteilt sind, ist die Farbwahrnehmung abhängig vom Lichtreiz und vom Einfallswinkel mit dem der Beobachter den Lichtreiz sieht.

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Die Stäbchen, von denen hat ein Auge etwa 100 bis 120 Millionen, haben ihre maximale Empfindlichkeit bei 500 nm, also bei grün. Stäbchen sind wesentlich empfindlicher als die Zapfen und ermöglichen das Sehen bei Dunkelheit, allerdings nur in Grautönen.

Augenempfindlichkeitskurve für Tages- und Nachtlicht

Das Helligkeitsempfinden des menschlichen Auges ist nicht linear, sondern logarithmisch. Gleiches gilt für das Farbempfinden, das über die Zapfen erfolgt, die fast ausschließlich in der Mitte der Retina angeordnet sind. Die ca. 8 Millionen Zapfen lassen sich in drei unterschiedliche Zapfentypen für verschiedene Farben gliedern, die ihre höchsten Empfindlichkeiten bei 420 nm, 530 nm und 560 nm haben. Die Zapfen werden bei einer Lichtstärke von etwa 10 Candela (cd) pro Quadratmeter angeregt und ermöglichen das Sehen während des Tages.

Da die Empfindlichkeitseindrücke sich individuell unterscheiden, hat man eine genormte, dem mittleren Empfinden angepasste Augenempfindlichkeitskurve gebildet, die als Referenz für visuelle Modelle dient.