L’illusion du cratère

par Jean Marie Champeau 22 Janvier 2021, 19:04 illusion luminosité

Déjà traité dès 1926 par Brewster ce phénomène a pris une certaine importance dans les années 60 quand on a étudié les photos du sol des planètes, en particulier la lune, où les reliefs pouvaient être indifféremment interprétés comme des cratères ou des montagnes selon l’orientation de la lumière incidente.

V.S.Ramachandran à étudié cette illusion en 1988 et 1990 qui a été appelée "l'illusion du cratère".

Akiyoshi Kitaoka l’a remis au goût du jour en 2011 à propos de la représentation commune de la forme d’un objet à partir de différents indices de profondeur picturale.

Description de l’illusion

relief éclairé du haut, gauche en creux et droite un bouton en bosse

Une image qui montre un concave apparent au centre de l'image de gauche et un convexe apparent au centre de l'image de droite.

deux colonnes de ronds éclairés du haut bosses à gauche et creux à droite
Ramachandran's crater illusion(1988)

Les deux colonnes de gauches semblent faites de bosses et les deux colonnes de droites de creux. En réalité ce sont les mêmes dessins, le second groupe étant le premier simplement retourné.

gauche boules avec des rebords et droite boutons concave
Copyright Akiyoshi Kitaoka 2013 (January 18)

"Legs of an octopus"

Crater illusion

De même, l'image de gauche semble être un concave entouré d'un convexe, tandis que celui de droite semble être un concave entouré d'un concave. En fait, ce dernier est exactement l'image inversée du premier. 

Variantes

L’impression de volume s’appuie sur l’effet d’éclairage et la position supposée de la source lumineuse.
La partie du motif « éclairée » semble en relief alors que la partie sombre semble en creux.

La variante suivante se rapproche de l’illusion du mur du café ou l’illusion de Zollner avec des lignes parallèles qui semblent converger montrant ainsi que l’alternance des parties claires et sombres induisent des contrastes allant des zones sombres aux zones claires qui seront interprétés comme des « hachures » provoquant le même effet que dans les deux illusions évoquées plus haut.  

alternance pavés bords gris clairs et sombre et segments blancs et noirs comme le mur du café
Copyright Akiyoshi Kitaoka 2018 (January 14)

Dans cette image, les carrés (a) apparaissent parfois convexes alors que les carrés (b) sont concaves. Cette apparence est inversée d'autres fois. De plus, les segments de ligne noir et blanc dessinés horizontalement semblent s'incliner dans un sens puis dans l’autre.

Alternance de ronds avec bords sombres et clairs avec éclairage incohérent
Illusion de cratère et illusion optimisée Fraser-Wilcox Type IIa (Kitaoka)

Avec l’alternance des bords supérieurs blancs ou noirs, on rejoint l’effet que l’on constate dans « l’illusion des rouleaux jaunes et bleus ».  L’image semble onduler quand on porte le regard alternativement sur une colonne ou une autre.

Explication de l’illusion

Au prix de calculs ardus, de nombreux travaux scientifiques ont apporté une contribution importante à l’explication du phénomène dans son ensemble. Ces travaux ont pu permettre de mesurer ses limites et sa reproductibilité. Ils ont montré, en particulier, que l’appréciation des formes et de l’orientation de la lumière incidente réelle ou supposée, jouent un rôle fondamental dans le décryptage d’une scène par le système visuel. Dans les cas ambigus où l’incidence de la lumière ne suffit pas (c’est le cas des photos dans l’espace) il a fallu trouver d’autres sources d’informations pour comprendre l’image.

Je souhaiterais, pour ma part, apporter ma contribution à la compréhension de l’illusion par une explication plus « comportementale » appliquée au terrien moyen. 
Ma position dans ce domaine réside dans ce que le cerveau fait. En l’occurrence, le cerveau est une machine à comparer ce qu’il vit avec ce qu’il a déjà vécu, il "estime" plus qu’il ne calcule.

Devant une vue dont la luminosité est la clé de la compréhension nous savons depuis notre premier jour que la lumière « accroche » les surfaces en relief et laisse les creux dans l’ombre. Pour avoir vu passer tant de fois le soleil dans le ciel, tout notre vécu nous dit que la lumière viendra plutôt du haut que du bas. C’est sur cette simple certitude que se fonde l’interprétation d’une scène. 

D’ailleurs pour s’en convaincre, il suffit de pivoter simplement l’image ci dessous. 
Dans l’image placée verticalement, à gauche, la source de lumière est ambiguë, la vue peut être interprétée différemment selon que l’on imagine la lumière provenant de la droite ou de la gauche. Les ronds passant alors alternativement de concaves à convexes.
En revanche, dans l’image pivotée, à droite, les ronds des deux premières colonnes, éclairés par le haut paraissent en relief avec certitude, les ronds des deux colonnes suivantes, dont les bords du bas sont éclairés paraissent à l’évidence en creux.

lumière vient de coté soit de droite ou soir de gauche on ne sait pas quel rond est bosse ou creux

 

 

lumière vient du haut on sait que les ronds gauche sont convexes et  droite concave

 

Ainsi, si l’on « truque » l’orientation de la lumière incidente, en l’éloignant de son incidence « naturelle », on a toutes les chances de créer un piège d’incertitude auquel le terrien moyen ne peux plus échapper. 

C’est le cas, en particulier, de l’image de la dernière variante où certains ronds portant des bords supérieurs blancs semblent éclairés par le haut, et d’autres paraissant éclairés par le bas. Sur une même image cette situation est incohérente et impossible. Ainsi notre cerveau refuse le défi et se « cale » par groupe de ronds cohérents au risque de ne pas faire le point sur le reste en le « reléguant » au rôle de contexte flou, d’où cette impression d’ondulation.

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