关键帧

关键帧（代表帧，Key frame）是视频中一个镜头的关键图像帧，可以反映一个镜头的主要内容。

1906年，第一部动画片诞生，此后在早期Walt 迪士尼公司的制作室，熟练的动画师设计动画中的关键画面，即关键帧，然后由一般的动画师设计中间帧。之后，在flash动画、三维计算机动画中，动画师先编辑一些关键帧，再通过计算机的插值生成中间帧。此外，关键帧提取技术也在视频分析和基于内容的视频检索中得到应用。

关键帧对原始动画具有概括力，可用于三维动画片断的检索，关键帧技术是计算机动画中最基本并且运用最广泛的方法，也在基于内容的分析、检索以及查询中有重要地位。

产生背景

现实原因

视觉暂留

视觉暂留现象可以解释观察者如何感知体三维显示的静止实物。人眼具有视觉暂留性，这是一种生理现象，当物体快速运动时，光象一旦在视网膜上形成，视觉将会对这个光象的感觉维持一个有限的时间。对于中等亮度的光刺激，视觉暂留时间约为0.05至0.2秒（视神经的反应时间）。

似动幻觉

似动幻觉现象可以解释观察者如何感知体三维显示物体的运动。将连贯的画面按一定速度连接起来播放，观察者就可以感知到画面的运动，但运动其实并不存在，这是一种心理学现象即似动幻觉，一格一格静止的、略有区别的画面相继刺激观察者的视网膜，会使观察者把一系列静态的视觉形象看成是单一的连续运动，产生运动的感觉。

学科背景

1828年，法国人保罗·罗盖特发明留影盘，发现视觉暂留现象。留影盘是一个被绳子在两面穿过的圆盘，盘的一个面画了一只鸟，另一面画了一个空笼子，当圆盘旋转时，观察者可以看到鸟在笼子里出现。

1896年，纽约一家报社的漫画家詹姆斯·斯图亚特·布莱克顿（James Stuart Blackton）采访了当时正在做运动影像试验的发明家托马斯·爱迪生（Thomas Edison）。爱迪生让布莱克顿画了一些系列图画，把这些画拍成照片。1906年，他们发布了历史上第一部动画片《滑稽脸的幽默相》（Humorous Phases of Funny Faces），内容为一个男人将雪茄烟圈吐向他的女朋友，她转动着眼睛，一只小狗跳过圆圈，杂耍演员表演。

1917年，德国实验心理学家M.韦特海默对视觉暂留现象进行了深度的心理学解释，提出似动现象。 1967年，南斯拉夫电影教授S.沃尔卡皮奇用实验证明，电影里的运动是由似动幻觉造成的。

关键帧的概念来源于传统的卡通片制作，在早期的Walt 迪士尼公司的制作室，熟练的动画师设计卡通片中的关键画面，也即所谓的关键帧，然后由一般的动画师设计中间帧。

具体内容

手绘动画

动画由若干画面组成，用于交代故事内容的重要画面为关键张（Key），动作改变时的结束位置为原画（Extreme），在两个原画中间的过渡位置为小原画（Breakdown，Passing Position），在原画和小原画之间用中间画（Inbetween）补充。传统手绘动画制作中，由熟练的动画师设计关键画面，即关键帧，然后由一般的动画师设计中间帧。

计算机动画视频

计算机动画视频是用绘制程序生成一系列的画面，有二维动画、三维动画等。运动是动画视频的要素，计算机动画视频中的运动泛指使画面发生改变的动作，包括景物的运动、虚拟摄像机的运动、纹理与色彩的变化等。关键帧在动画视频中呈现出关键性的动作或内容的变化，可以代表整个动画视频的主要内容。制作计算机动画等视频时，由动画师先编辑一些关键帧，然后通过计算机的插值生成中间帧。所有影响画面图象的参数都可成为关键帧的参数，如位置、旋转角、纹理的参数等。

关键帧在各种 CG 视频软件中得到应用：Flash动画是一种基于关键帧的动画，它使用一定的插补算法在两个关键帧之间插入一定数量的中间帧，从而形成流畅的动画效果；在After Effect中，不同的关键帧类型可以达到不同的动画效果，如线性关键帧、圆形关键帧等； Adobe premiere Elements 2可以运用关键帧产生画中画运动和缩放效果；在3DS Max中，可以通过时间轴和关键帧编辑器来编辑关键帧，控制对象在不同帧之间的动作和变化。

视频分析与检索

关键帧是用于描述一个镜头的关键图像帧，它通常会反映一个镜头的主要内容。随着视频数据的大量增加，视频数据库管理系统得到应用，该系统需要有效的索引技术，关键帧提取技术是视频分析和基于内容的视频检索的基础之一，其使用减少了视频索引的数据量，同时也为视频摘要和检索提供了一个组织框架。关键帧的提取方法主要有：基于镜头边界提取关键帧、基于运动分析提取关键帧、基于图像信息提取关键帧、基于镜头活动性提取关键帧等。