薛定谔错了?新研究颠覆了100多年来对颜色感知的理解

2022年08月13日 10:13 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

美国洛斯·阿拉莫斯国家试验室的一项新研究纠正了诺贝尔物理学奖获得者埃尔温·薛定谔和其他人开发的三维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。这个错误的模型已经被科学家和工业界使用了100多年。这项研究有可能促进科学数据的可视化,改善电视,并重新校准纺织和油漆行业。

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具有数学背景的计算机科学家Roxana Bujack说:“假设的颜色空间形状需要一个范式的转变。”他在洛斯·阿拉莫斯国家试验室创建了科学可视化。Bujack是洛斯·阿拉莫斯团队关于颜色感知数学的论文的主要作者。该研究发表在《美国国家科学院院刊》上。

“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。该模型由波恩哈德·黎曼提出,并由赫尔曼·冯·亥姆霍兹和埃尔温·薛定谔开发--他们都是数学和物理学界的巨头--而证明他们中的一个是错误的,几乎是科学家的梦想。”

对人类色彩感知进行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·阿拉莫斯国家试验室的一个团队纠正了包括诺贝尔奖获得者物理学家埃尔温·薛定谔在内的科学家所使用的数学,以描述你的眼睛如何区分一种颜色和另一种。

“我们最初的想法是开发算法,自动改善数据可视化的颜色图,使其更容易理解和解释,”Bujack说。因此,当研究小组发现他们是第一个发现长期以来对黎曼几何学的应用,即允许将直线泛化到弯曲的表面,并没有发挥作用时,他们感到很惊讶。

科学家们需要一个精确的感知色彩空间的数学模型来创建工业标准。最初的尝试使用了欧几里得空间--许多高中教授的熟悉的几何学。后来,更先进的模型使用了黎曼几何学。这些模型在三维空间中绘制红色、绿色和蓝色。这些是我们视网膜上的感光锥登记的最强烈的颜色,而且--毫不奇怪--这些颜色混合在一起,形成了你的RGB电脑屏幕上的所有图像。

在这项结合了心理学、生物学和数学的研究中,Bujack和她的同事们发现,使用黎曼几何学会高估对大色差的感知。这是因为人类认为大的颜色差异小于你将位于两个相距甚远的色调之间的小的颜色差异相加得到的总和。

黎曼几何学不能解释这种效应。“我们没有预料到这一点,而且我们还不知道这个新颜色空间的确切几何形状,”Bujack说。“我们也许可以正常地考虑它,但要有一个额外的阻尼或权重函数,把长距离拉进来,使它们变短。但我们还不能证明这一点。”

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