Новая модель впервые точно описала, как глаз различает оттенки и яркость

Группа исследователей из Лос-Аламосской национальной лаборатории разработала математическую модель цветовосприятия, которая устраняет ключевые недостатки существовавшей почти сто лет теории Эрвина Шрёдингера. Результаты опубликованы в журнале Color Graphics Forum.

Ведущий автор работы Роксана Бужак из Лаборатории прикладной физики Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе сообщила, что команда выявила три конкретных изъяна в модели Шрёдингера и предложила для каждого из них решение. В частности, прежняя модель не объясняла эффект Бецольда-Брюкке — изменение воспринимаемого оттенка при изменении интенсивности света. Она также не описывала феномен убывающей отдачи, при котором крупные цветовые различия воспринимаются как менее выраженные, чем сумма мелких различий.

Человеческий глаз содержит три типа колбочек, чувствительных к красному, зелёному и синему спектрам, что делает зрение трихроматическим. Это позволяет описывать цветовосприятие в трёхмерном геометрическом пространстве. Со времён «Оптики» Ньютона 1704 года учёные пытались формализовать эту модель. В XIX веке математик Бернхард Риман показал, что цветовое пространство имеет кривизну, а физик Герман фон Гельмгольц предложил определять цвета через их максимальное сходство в рамках римановой метрики. Шрёдингер в 1920-х годах описал оттенок, насыщенность и светлоту через неопределённую нейтральную ось — градиент от чёрного к белому.

Авторы нового исследования вышли за пределы римановой геометрии. Они точно определили нейтральную ось, описали эффект Бецольда-Брюкке через геодезический путь между цветом и чёрным, а убывающую отдачу — через кратчайший путь в неримановом пространстве. По заявлению авторов, это первое полное решение задачи Гельмгольца: формальное геометрическое определение оттенка, насыщенности и светлоты, основанное исключительно на восприятии ближайшего сходства.