Новое исследование переворачивает 100-летнее представление о восприятии цвета

Отход парадигмы от трехмерного математического описания, разработанного Шредингером и другими для описания того, как мы видим цвет, может привести к более ярким экранам компьютеров, телевизорам, текстилю, печатным материалам и многому другому.

Новое исследование исправляет серьезную ошибку в трехмерном математическом пространстве, разработанном лауреатом Нобелевской премии физиком Эрвином Шредингером и другими, чтобы описать, как ваши глаза отличают один цвет от другого. Эта неверная модель используется учеными и промышленностью уже более 100 лет. Исследование может улучшить визуализацию научных данных, улучшить телевизоры и перекалибровать текстильную и лакокрасочную промышленность.

«Предполагаемая форма цветового пространства требует смены парадигмы», — сказала Роксана Боджак, ученый-компьютерщик с математическим образованием, которая создавала научные визуализации в Лос-Аламосской национальной лаборатории. Буджак — ведущий автор статьи по математике восприятия цвета, подготовленной командой из Лос-Аламоса. Опубликовано в Труды Национальной академии наук.

«Наше исследование показывает, что текущая математическая модель того, как глаз воспринимает цветовые различия, неверна. Эта модель была предложена Бернхардом Риманом и разработана Германом фон Гельмгольцем и Эрвином Шредингером — гигантами в математике и физике — и доказать одну неправоту в значительной степени мечта ученого».

Моделирование цветовосприятия человека позволяет автоматизировать обработку изображений, компьютерную графику и задачи визуализации.

Команда из Лос-Аламоса исправляет математику, которую ученые, в том числе лауреат Нобелевской премии по физике Эрвин Шредингер, использовали для описания того, как ваш глаз отличает один цвет от другого.

«Наша первоначальная идея заключалась в том, чтобы разработать алгоритмы для автоматического улучшения цветовых карт для визуализации данных, чтобы упростить их понимание и интерпретацию», — сказал Боджак. Поэтому исследовательская группа была удивлена, когда обнаружила, что они были первыми, кто обнаружил, что долгосрочное применение геометрии Римана, которая позволяет обобщать прямые линии на криволинейные поверхности, не работает.

Для установления отраслевых стандартов необходима точная математическая модель воспринимаемого цветового пространства. В первых попытках использовались евклидовы пространства — знакомая геометрия, которую преподают во многих средних школах. Позже более продвинутые модели использовали риманову геометрию. Модели окрашиваются в красный, зеленый и синий цвета в трехмерном пространстве. Это цвета, которые мощно регистрируются колбочками, обнаруживающими свет на нашей сетчатке, и, что неудивительно, цвета, которые смешиваются для создания всех изображений RGB на экране компьютера.

В исследовании, объединяющем психологию, биологию и математику, Бояк и ее коллеги обнаружили, что использование римановой геометрии преувеличивает восприятие больших различий в цвете. Это связано с тем, что люди понимают, что большая разница в цвете меньше, чем сумма, которую вы получили бы, если бы добавили небольшие цветовые различия между двумя далеко разнесенными цветами.

Риманова геометрия не может объяснить этот эффект.

«Мы этого не ожидали, и мы еще не знаем точную геометрию этого нового цветового пространства», — сказал Буджак. «Мы могли бы думать об этом нормально, но с дополнительной функцией гидратации или веса, которая тянет большие расстояния, делая их короче. Но мы пока не можем этого доказать».

Ссылка: «Нериманова природа воспринимаемого цветового пространства» Роксаны Боджак, Эмили Тейт, Джона Миллера, Электры Кэффри и Тереш Л. Тертон, 29 апреля 2022 г. Доступно здесь. Труды Национальной академии наук.
DOI: 10.1073/pnas.2119753119

Финансирование: Программа лабораторных исследований и разработок Лос-Аламосской национальной лаборатории.