PNAS: Через 100 лет учеными завершена фундаментальная теория Шредингера

Фото из открытых источников

Уточнена и математически завершена теория восприятия цвета, предложенная почти сто лет назад физиком Эрвином Шредингером. Специалисты Лос-Аламосской национальной лаборатории показали, что оттенок, насыщенность и светлоту можно вывести из геометрической структуры цветового пространства. Работу опубликовали в журнале PNAS.

Теория Шредингера разработана в 1920-х годах. Её главная идея в том, что пространство воспринимаемых цветов может быть изогнутым, как в геометрии Римана. Зрение человека базируется основано на трех видах колбочек, которые чувствительны к красному, зеленому и синему свету, то есть, цвет описывается в трех измерениях. Шредингер же выдвинул предположение, что главные характеристики цвета — оттенок, насыщенность и светлота — определяет внутренняя геометрия этого пространства.

Но в его модели были математические пробелы. Так, не была определена нейтральная ось, то есть, линия серых оттенков от черного к белому, относительно неё и задается положение других цветов. Без четкого понимания этой оси вся конструкция оставалась неполной.

Команде Лос-Аламоса удалось вывести нейтральную ось только из геометрических качеств цветовой метрики — системы, описывающей, насколько разными воспринимаются два цвета. Учёные пришли к выводу, что оттенок, насыщенность и светлота – это не внешние конструкции — культурные либо обученные. Они являются отражением внутренних свойств самой цветовой метрики, отмечают авторы проекта.

Помимо этого, эксперты смогли устранить еще два известных ограничения классической модели. Удалось учесть эффект Бецольда—Брюкке, при котором изменение яркости приводит к смещению оттенка. Вместо версии о прямолинейном изменении цвета учеными были рассчитаны кратчайшие пути в искривленном пространстве. Этот же подход объясни и эффект «уменьшающейся отдачи», то есть, феномен, когда новое увеличение различий между цветами воспринимается все менее заметно.

Для решения масштабной задачи исследователям пришлось выходить за рамки привычной римановой геометрии и применять более общую математическую модель. Это и стало ключевым шагом к завершению концепции Шредингера.

У точной математической модели восприятия цвета - важное прикладное значение. Она нужна для научной визуализации — от фотографии и видеотехнологий до аналитики в области больших данных и компьютерного моделирования. Улучшенные цветовые модели позволят чётче интерпретировать сложные данные и разрабатывать максимально надежные визуальные инструменты, в частности, применяемые в исследованиях, каасющихся национальной безопасности.