视觉对比敏感度

视力仅仅能反映视觉系统对所视物体的空间频率（单位长度空间所含物体数）的分辩能力，亦即视觉系统对不同大小的物体的分辨能力。而人眼在观察物体时，能否分辨物体的细节部分，还取决于该物体细节部分的光亮度与其所在背景处的光亮度的强弱差别程度[1]。就如：人眼在照明弱的室内可以清楚的看电视，而在阳光照射的室外看电视就感觉画面不清晰。
这就引出“对比度”的概念。对比度可以用公式表达：C=(Lmax-Lmin)/(Lmax＋Lmin)
其中C为对比度，Lmax、Lmin分别为物的最高亮度和最低亮度[2]。

对比敏感度（CS）

对比敏感度（Contrast Sensitivity,CS）是除了视力之外的定量评价形觉功能的另一指标，是视觉系统辨认不同大小物体空间频率时，所需的物体表面的黑白反差（对比度）。因此对比敏感度视标（图1）不仅有空间频率的变化，还有对比度的变化。当对比度下降时，亮条纹相对变暗，暗条纹相对变亮，明暗条纹的反差变小，条纹的边界变模糊；当对比度增强时，则条纹的边界变清晰；当对比度为100％时，达到最高对比度，此时条纹边界最清晰。一对明暗条纹称为一周。空间频率即每度视角所含的周数，表示条纹的粗细。条纹越粗，频率越低，反之则频率越高。
每一个空间频率都有对比度阈值，即人眼所能分辨的最低对比度。当对比度低于此阈值时，条纹就被人眼视为一片均匀的灰色。对比度阈值的倒数即对比敏感度。对比度阈值越低，CS越高，则表明其视觉系统越敏感。在不同空间频率时所测得的对比敏感度是不同的。人眼所能分辨的最细条纹的频率即代表视力，称为截止频率（COF）。有人测：1.0视力者，COF为42周/度。可见，视力仅仅是在高对比度下所测得的对比敏感度函数上的一点即COF，它反映的是黄斑对高对比小目标的分辩功能[3]。在视觉生理和病理上所能提供的信息远不及对比敏感度。

人眼对空间频率的感知

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。
空间频率是指每度视角内图象或刺激图形的亮暗作正弦调制的栅条周数，单位是周/度。它是根据19世纪数学家J.-B.-J. 傅里叶提出的分析振动波形的理论而出现的描述视觉系统工作特性的概念。最初在物理光学中，空间频率指每毫米具有的光栅数，单位为线/毫米。
在用空间频率描述视觉系统的特性时，栅条空间频率的大小和栅条本身的对比度都是重要的因素。栅条图形的对比度是（最高亮度－最低亮度）/（最高亮度+最低亮度）。调整某一空间频率栅条的对比度，当观察者能有50%的正确分辨率时，这个对比度就是该空间频率的对比阈限。对比阈限值的倒数即观察者对这个空间频率的对比感受性。实验测定，**人眼对比阈限是随空间频率的改变而改变的，即是空间频率的函数，称之为对比感受性函数（简称CSF）**因它类似于光学系统的调制传递函数（简称MTF），故也称之为MTF。一般视力正常的观察者对每度视角3周或4周的栅条最敏感，高于或低于这个频率时感受性都降低。如果空间频率超过每度视角60周时,不论对比度怎样加大,都不能看清栅条。在不能看清栅条时的频率称为截止频率，它可作为视觉锐度的指标。
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。