L’illusion de Craik–O'Brien–Cornsweet

L'illusion de Cornsweet, aussi connue sous le nom d'illusion de Craik–O'Brien–Cornsweet, est une illusion d'optique décrite en détail par Tom Cornsweet à la fin des années 1960.

Auparavant, Craik et O'Brien avaient également fait des observations du même type.

Présentation de l’illusion

Les zones centrales de ces deux quadrilatères superposés sont de la même couleur.

Preuve

Si on masque les éléments environnants on voit que les gris du carré supérieur et inférieur sont de la même couleur.

Explication de l’illusion

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Cette illusion de couleur et de luminosité est à rapprocher de "l’illusion du damier d’Adelson". Les mêmes principes sont en œuvre. 

- Tout d’abord l’environnement. Dans la partie supérieure un fond bleu évoque le ciel. Dans la partie inférieure, le motif est d’une couleur proche du marron évoquant la terre. Au "sol" une zone noire tient lieu d’ombre du motif. On nous suggère donc une lumière incidente venant logiquement du haut.

- Ensuite, les formes. On voit deux quadrilatères aux bords bombés qui suggèrent la perspective de deux carrés arrondis penchés en arrière. Ce ne sont pas les carrés d’un damier comme dans l’échiquier d’Adelson, (dont on sait qu’ils sont blancs et noirs), mais des formes semblables qui nous sont, malgré tout, familières comme s’il s’agissait d’un dé ou, pour les "geeks", d’un PC portable vu de dos.

- Enfin la luminosité. Les bords des "carrés" portent des dégradés de gris comme s’ils étaient bombés, permettant ainsi de créer un contraste de teinte dans la zone du milieu où les "carrés" se touchent.

Ce faisant, l’arrondi supérieur sombre, comme s’il était dans dans l’ombre, fait apparaître par contraste, le gris de son "carré" plus clair que lui même « mais un peu foncé quand même ». 

L’arrondi inférieur clair, dans la lumière, fait apparaître par contraste, le gris de son "carré" plus sombre que lui même « mais un peu clair quand même ». (voir plus loin "l’illusion de Craik-O'Brien-Cornsweet")
Notre cerveau voit, très logiquement, le quadrilatère du haut de teinte foncée éclairé et celui du bas de teinte claire dans l’ombre. 

La constitution de l’image montre donc deux carrés aux bords bombés de teinte différentes éclairés par un lumière incidente venant d’en haut à gauche. Rien que de très normal.
Le fait que les teintes des carrés portées sur un dessin soient graphiquement identiques n’est pas un obstacle pour le cerveau. Ce sont les reflets, les ombres, les ombres portées et les arrière-plans qui trompent votre œil en lui suggérant des couleurs différentes. L’égalité des teintes est une coïncidence due au jeu des ombres et des lumières.

Comme on l’a vu, cette image utilise plusieurs trucs pour nous tromper, en particulier le phénomène de "l’illusion de Craik-O'Brien-Cornsweet".

L’illusion de Craik-O'Brien-Cornsweet

D’après le psychologue expérimental Tom Cornsweet, en gros, cela fonctionne grâce au contraste. Quand on regarde quelque chose, on perçoit sa couleur et son ombre en fonction des autres choses de la même zone, et de la façon dont on perçoit son éclairage.

On a fait varier la luminosité vers le blanc à gauche et vers le gris à droite seulement sur un tiers au  milieu de la figure. La variation de la luminosité perçue est régulière. 
Plutôt que de percevoir une frontière coupant en deux chaque partie grise, on perçoit les champs entiers distinctement séparés de «blanc» et de «gris» sur les côtés gauche et droit de l'image.

La totalité de la région à gauche semble plus claire que la région de droite.

En réalité la luminosité est la même sur une grande partie de leur surface, comme on peut s'en apercevoir en noircissant complètement la zone centrale. 

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Le phénomène est analogue à l’illusion des bandes de Mach, mais en est l'inverse. Dans les bandes de Mach, l'effet n'est perçu que dans une zone proche du gradient d'intensité, alors que dans l'illusion de Craik–O'Brien–Cornsweet une toute petite zone affecte la perception de la totalité de la figure, y compris pour les portions éloignées du centre.

Dans la pratique, les graphistes doivent ternir compte de ce phénomène quand ils utilisent les techniques de calques avec des logiciels. Ils doivent veiller à mettre du noir en bordure du sujet pour le rendre blanc, et y mettre du blanc pour le faire paraître noir. 

Conclusion

Le quadrilatère du haut est en perspective et ombré de manière à ce qu’on le voit comme penché en arrière. Le quadrilatère du bas penché de même en arrière avec le bord haut éclairé.

Cela veut dire que notre cerveau voit, logiquement, le quadrilatère du haut éclairé et celui du bas dans l’ombre. Le cerveau se fait avoir par l’ombre projetée au sol, et il pense que le carré dans l’ombre est plus clair qu’il n’y paraît et que le carré à la lumière est plus sombre qu’il n’y paraît.

Ajoutez à cela les ombres contrastées à leur jonction, et cela trouble la façon dont notre cerveau interprète l’image, il " surcompense" ce qu’il voit et se persuade que le quadrilatère du haut est plus foncé que celui du bas.

De nombreuses illusions sont basées sur des indices contextuels déroutant notre système visuel. Il traite ces dégradés comme des indices sur l'éclairage et les interprète comme signifiant qu’une partie est dans la lumière et qu’une autre est dans l’ombre.
 
Si deux objets sont de la même couleur dans une image et projettent la même lumière sur nos yeux, notre système visuel interprète celle qui est dans l'ombre comme étant, en réalité, d’une teinte plus claire que ce qu’on voit. Inversement pour l’objet dans la lumière, il est censé être plus foncé qu’il n’y paraît. 

Et il a raison !

Illusioncornsweet

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Sources

http://usd-apps.usd.edu/coglab/CraikObrien.html

https://www.core77.com/posts/26060/What-Industrial-Design-Renderers-Know-that-the-General-Public-Doesnt-The-Craik-OBrien-Cornsweet-Illusion

https://michaelbach.de/ot/lum-cobc/index.html

https://purveslab.net/

http://www.slate.fr/life/80951/science-illusion-optique-croyez-pas-vos-yeux-losange

https://fr.wikipedia.org/wiki/Illusion_de_Cornsweet

Photos

Complex manifestation of a Craik-O'Brien contouring effect.
The Purves-Lab www.purveslab.net