Egy új kutatás megdönti a színérzékelés 100 éves megértését

Ez a vizualizáció rögzíti az emberi színérzékelés feltérképezésére használt 3D-s matematikai teret. Egy új matematikai ábrázolás azt találja, hogy a szélesen elhelyezkedő színek közötti távolságot jelző vonalszakaszok nem adják össze megfelelően a korábban elfogadott geometriát. A kutatás ellentmond a régóta fennálló feltételezéseknek, és javítani fogja a színelmélet számos gyakorlati alkalmazását. Köszönetnyilvánítás: Los Alamos Nemzeti Laboratórium

A Schrödinger és mások által kidolgozott 3D-s matematikai leírástól való paradigmaváltás, hogy leírják, hogyan látjuk a színeket, élénkebb számítógép-képernyőkhöz, televíziókhoz, textíliákhoz, nyomtatott anyagokhoz és egyebekhez vezethet.

Az új kutatás kijavítja a 3D-s matematikai térben a Nobel-díjas fizikus, Erwin Schrödinger és mások által kifejlesztett nagy hibát, hogy leírják, hogyan különbözteti meg a szeme az egyik színt a másiktól. Ezt a helytelen modellt a tudósok és az ipar több mint 100 éve használják. A tanulmány javíthatja a tudományos adatok megjelenítését, javíthatja a televíziókészülékeket, és újrakalibrálhatja a textilipart és a festékipart.

„A színtér feltételezett alakja paradigmaváltást igényel” – mondta Roxana Bojak, matematikai múlttal rendelkező informatikus, aki tudományos vizualizációkat készített a Los Alamos Nemzeti Laboratóriumban. Bujack a Los Alamos csapat színérzékelési matematikájáról szóló tanulmányának vezető szerzője. kirakott Proceedings of the National Academy of Sciences.

„Kutatásaink azt mutatják, hogy a jelenlegi matematikai modell, hogy a szem hogyan érzékeli a színkülönbségeket, helytelen. Ezt a modellt Bernhard Riemann javasolta, Hermann von Helmholtz és Erwin Schrödinger fejlesztette ki – mind a matematika és a fizika óriásai -, és az egyik tévedés bizonyítása nagyrészt tudós álma.”

Az emberi színérzékelés modellezése lehetővé teszi a képfeldolgozás, a számítógépes grafika és a vizualizációs feladatok automatizálását.

A Los Alamos csapata kijavítja azt a matematikát, amelyet a tudósok, köztük a Nobel-díjas fizikus, Erwin Schrödinger használt annak leírására, hogy a szem hogyan különbözteti meg az egyik színt a másiktól.

„Eredeti ötletünk az volt, hogy olyan algoritmusokat dolgozzunk ki, amelyek automatikusan javítják a színtérképeket az adatok megjelenítéséhez, hogy megkönnyítsék azok megértését és értelmezését” – mondta Bojak. Így a kutatócsoport meglepődött, amikor kiderült, hogy ők voltak az elsők, akik felfedezték, hogy a Riemann-geometria hosszú távú alkalmazása, amely lehetővé teszi az egyenes vonalak íves felületekre történő általánosítását, nem működik.

Az ipari szabványok megállapításához az érzékelt színtér pontos matematikai modelljére van szükség. Az első próbálkozások euklideszi tereket használtak – az ismert geometriát, amelyet sok középiskolában tanítanak. Később a fejlettebb modellek a Riemann-féle geometriát alkalmazták. A modellek pirosat, zöldet és kéket festenek a 3D térben. Ezek azok a színek, amelyeket erőteljesen rögzítenek a retinánk fényét észlelő kúpok, és nem meglepő módon – ezek a színek, amelyek összekeveredve létrehozzák az összes képet az RGB számítógép képernyőjén.

A pszichológiát, biológiát és matematikát ötvöző tanulmányban Bojak és munkatársai felfedezték, hogy a Riemann-féle geometria használata eltúlozza a nagy színkülönbségek észlelését. Ennek az az oka, hogy az emberek megértik, hogy a nagy színkülönbség kisebb, mint az az összeg, amelyet akkor kapnánk, ha összeadnánk a két egymástól távol eső szín közötti kis színkülönbségeket.

A Riemann-féle geometria nem tudja megmagyarázni ezt a hatást.

„Nem számítottunk erre, és még nem ismerjük ennek az új színtérnek a pontos geometriáját” – mondta Bujack. „Talán normálisan gondolhatunk rá, de egy további hidratáló- vagy súlyfunkcióval, amely nagy távolságokat húz, így rövidebb lesz. De ezt még nem tudjuk bizonyítani.”

Hivatkozás: Roxana Bojak, Emily Tate, Jonah Miller, Electra Caffrey és Teresh L. Turton „Az észlelési színtér nem riemann természete”, 2022. április 29. Elérhető itt Proceedings of the National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073/pnas.2119753119

Finanszírozás: A Los Alamos Nemzeti Laboratórium laboratórium által vezérelt kutatási és fejlesztési programja.