新研究颠覆了 100 年来对色彩感知的理解

这种可视化捕捉了用于映射人类颜色感知的 3D 数学空间。 一种新的数学表示发现，表示宽间距颜色之间距离的线段不能使用以前接受的几何图形正确叠加。 该研究违背了长期以来的假设，并将改进色彩理论的各种实际应用。 图片来源：洛斯阿拉莫斯国家实验室

从薛定谔和其他人开发的用于描述我们如何看待颜色的 3D 数学描述的范式转变可以导致更生动的计算机屏幕、电视、纺织品、印刷材料等。

新的研究纠正了诺贝尔奖获得者物理学家 Erwin Schrödinger 和其他人开发的 3D 数学空间中的一个重大错误，以描述你的眼睛如何区分一种颜色和另一种颜色。 这种不正确的模型已被科学家和工业界使用了 100 多年。 该研究具有增强科学数据可视化、改进电视机以及重新校准纺织和涂料行业的潜力。

“色彩空间的假设形状需要范式转变，”具有数学背景的计算机科学家 Roxana Bojak 说，他在洛斯阿拉莫斯国家实验室创造了科学可视化。 Bujack 是洛斯阿拉莫斯团队关于色彩感知数学的论文的主要作者。 张贴在 美国国家科学院院刊.

“我们的研究表明，目前关于眼睛如何感知颜色差异的数学模型是不正确的。这个模型是由 Bernhard Riemann 提出并由 Hermann von Helmholtz 和 Erwin Schrödinger（数学和物理学界的所有巨人）开发的，并且证明其中一个错误在很大程度上是科学家的梦想。”

人类色彩感知建模能够实现图像处理、计算机图形和可视化任务的自动化。

洛斯阿拉莫斯团队纠正了包括诺贝尔奖获得者物理学家欧文·薛定谔在内的科学家们用来描述你的眼睛如何区分一种颜色和另一种颜色的数学方法。

“我们最初的想法是开发算法来自动改进数据可视化的颜色图，使其更容易理解和解释，”Bojak 说。 所以当研究团队发现他们是第一个发现黎曼几何允许直线推广到曲面的长期应用并没有奏效时，他们感到很惊讶。

建立行业标准需要感知色彩空间的准确数学模型。 第一次尝试使用了欧几里得空间——许多高中都教授的熟悉的几何学。 后来，更高级的模型使用了黎曼几何。 模型在 3D 空间中绘制红色、绿色和蓝色。 这些颜色是由检测我们视网膜上的光的视锥细胞强有力地记录下来的，不足为奇的是——这些颜色混合在一起，在计算机屏幕上创建了所有的 RGB 图像。

在这项结合了心理学、生物学和数学的研究中，Bojak 和她的同事发现，使用黎曼几何会夸大对颜色差异的感知。 这是因为人们知道，如果在两种相距很远的颜色之间添加微小的颜色差异，则颜色的巨大差异小于您所获得的量。

黎曼几何无法解释这种效应。

“我们没有预料到这一点，我们还不知道这个新色彩空间的确切几何形状，”Bujack 说。 “我们也许可以正常地考虑它，但具有额外的水合作用或重量功能，可以拉长距离，使其更短。但我们还不能证明这一点。”

参考：Roxana Bojak、Emily Tate、Jonah Miller、Electra Caffrey 和 Teresh L. Turton 撰写的“感知色彩空间的非黎曼性质”，2022 年 4 月 29 日在此处提供 美国国家科学院院刊.
DOI：10.1073/pnas.2119753119

资金来源：洛斯阿拉莫斯国家实验室实验室驱动的研发计划。