En ny studie rättar till ett viktigt fel i den matematiska 3D-rymden som utvecklats av den nobelprisbelönte fysikern Erwin Schrödinger och andra, och som använts av forskare och industri i mer än 100 år för att beskriva hur ditt öga skiljer en färg från en annan. Forskningen har potential att öka vetenskapliga datavisualiseringar, förbättra TV-apparater och omkalibrera textil- och färgindustrin.

"Den antagna formen av färgrymden kräver ett paradigmskifte", säger Roxana Bujack, en datavetare med en bakgrund i matematik som skapar vetenskapliga visualiseringar vid Los Alamos National Laboratory. Bujack är huvudförfattare till artikeln av ett Los Alamos-team i Proceedings of the National Academy of Sciences om färguppfattningens matematik.

"Vår forskning visar att den nuvarande matematiska modellen av hur ögat uppfattar färgskillnader är felaktig. Den modellen föreslogs av Bernhard Riemann och utvecklades av Hermann von Helmholtz och Erwin Schrödinger - alla jättar inom matematik och fysik - och att bevisa att en av dem har fel är ganska mycket drömmen om en vetenskapsman," sa Bujack.

Modellering av mänsklig färguppfattning möjliggör automatisering av bildbehandling, datorgrafik och visualiseringsuppgifter.

"Vår ursprungliga idé var att utveckla algoritmer för att automatiskt förbättra färgkartor för datavisualisering, för att göra dem lättare att förstå och tolka," sa Bujack. Så teamet blev förvånade när de upptäckte att de var de första att fastställa att den långvariga tillämpningen av Riemannsk geometri, som tillåter generalisering av raka linjer till krökta ytor, inte fungerade.

För att skapa industristandarder behövs en exakt matematisk modell av upplevd färgrymd. De första försöken använde euklidiska utrymmen - den välbekanta geometrin som lärs ut i många gymnasieskolor; mer avancerade modeller använde Riemannsk geometri. Modellerna plottar rött, grönt och blått i 3D-utrymmet. Det är de färger som registreras starkast av ljusupptäckande koner på våra näthinnor, och – inte överraskande – färgerna som blandas för att skapa alla bilder på din RGB-datorskärm.

I studien, som blandar psykologi, biologi och matematik, upptäckte Bujack och hennes kollegor att användningen av Riemannsk geometri överskattar uppfattningen av stora färgskillnader. Det beror på att människor uppfattar en stor skillnad i färg vara mindre än summan du skulle få om du adderade små skillnader i färg som ligger mellan två vitt åtskilda nyanser.

Riemannsk geometri kan inte förklara denna effekt.

"Vi förväntade oss inte detta, och vi vet inte den exakta geometrin för denna nya färgrymd ännu," sa Bujack. "Vi kanske kan tänka på det normalt men med en extra dämpnings- eller vägningsfunktion som drar in långa avstånd, vilket gör dem kortare. Men vi kan inte bevisa det ännu." + Utforska vidare

Allmänhetens uppfattning om vetenskapliga resultat förvrängd av färgglad grafik