鏡頭設(shè)計是極具創(chuàng)造力的工作，它必須基于經(jīng)驗和敏銳的洞察力來了解各種各樣光學(xué)像差的特性。 任何鏡頭，不管是哪家工廠生產(chǎn)的都可以用“鏡頭描述”這個術(shù)語來區(qū)分鏡片的數(shù)量、玻璃的種類、鏡片的曲面半徑、鏡片的厚度、鏡片與鏡片之間的距離、以及每個鏡片的直徑等等。這些都是用來全面描述一個鏡頭的參數(shù)。當(dāng)發(fā)自于某個物體的光線穿過玻璃表面時，該束光線會被折射。光線折射量取決于玻璃的折射率。如果鏡頭設(shè)計者能知道光線射入鏡頭前鏡片時的確切入射位置以及入射角度，他就可以通過光線理論系統(tǒng)精確地追蹤光路。 角度和距離可以通過三角函數(shù)的正弦和余弦算出來。因此通過簡單的平面幾何，光線途經(jīng)的線路就可以被追蹤到。我們知道任何一個點光源發(fā)出的能量都是散射的，并無任何方向行可言。只有部分能量通過鏡頭，而且設(shè)計者也假設(shè)通過簡單的數(shù)學(xué)來計算通過鏡頭的能量(那些被視為一系列的各自獨立的光線)可以追蹤那些光線的路徑。

    鏡頭設(shè)計者首先從光軸上的某點開始追蹤少量的光線。這里所假設(shè)的是每個物象點都會在CCD上形成于之相對應(yīng)的點，所以發(fā)自物體的光線都將被轉(zhuǎn)化為這樣的成相點，并且具有同樣的相對位置。對應(yīng)那些靠近光軸的點，設(shè)計者可以有理由相信成像是相當(dāng)精確的，這就是平行光軸光學(xué)(Paraxial Optics) 。盡管計算公式相當(dāng)簡單(至少對有經(jīng)驗的設(shè)計者來說)，但要求對于這些數(shù)字的計算精確到小數(shù)點后5~8位。

    目前中國監(jiān)控市場上常見的主流鏡頭是COMPUTAR、AVENIR（精工）、YOBOO（優(yōu)伯）、FUJINON（富士）、TAMRON等日本知名品牌。他們在成像處理技術(shù)上都有驚人的相似又有獨到的不同之處。在現(xiàn)實設(shè)計中，每一款新鏡頭的誕生，大量的計算工作是非常重要的，從了解的大量光學(xué)計算式中獲取結(jié)果，從中決定究竟是繼續(xù)原設(shè)計還是對設(shè)計進行調(diào)整。對于電視監(jiān)控環(huán)境的復(fù)雜性多樣性及無法改善逆轉(zhuǎn)同時光線連續(xù)變化等因素，因此考慮斜向進入鏡頭的光線就非常重要，考慮平行進入的光線對于中央?yún)^(qū)域的成像很重要，但對于遠離象場中央?yún)^(qū)域的成像則不具有多大的意義。他們必須借助于計算機的龐大計算任務(wù)，YOBOO公司設(shè)計師宮澤喜一說，人所共知道現(xiàn)象是現(xiàn)在許多來自不同廠家的鏡頭的表現(xiàn)都很好并且極為接近，這都歸功于大家利用計算機尋找優(yōu)化點的結(jié)果。所有計算機都在尋找同樣的點并最終將會找到一個。如果一個光學(xué)設(shè)計是非常好的設(shè)計，那么該設(shè)計最終得到的MTF圖是非常漂亮的。你需要通過研究光學(xué)設(shè)計的根源來掌握設(shè)計的特點。一旦你知道一個設(shè)計是否具有潛力，你就可以明智的指導(dǎo)計算機去優(yōu)化圖的特定區(qū)域?qū)ふ覂?yōu)化點，并且在你找到你所需要的理想值的時候適當(dāng)?shù)耐Ｏ聛?，這一點我們做得很好。

    對于目前監(jiān)控市場上硬盤錄像機的普及及對晝夜監(jiān)控的要求被日益提出，在對攝像機提出更高要求的同時，鏡頭的品質(zhì)亦被寄予更高的期望，鏡頭的清晰度這一新名詞也被不成文地提出，可紅感也俞來俞受到重視。這里我們不得不提到像差。我們都知道光線是由不同波長的有顏色光波組成的，而且當(dāng)光線進入鏡頭時不同波長的光波具有其獨特的光學(xué)路徑，我們已經(jīng)知道理想的光線不可避免的被鏡片所干擾而產(chǎn)生像差。鏡頭設(shè)計的第一要素就是對這些像差進行了解和控制。通過三角幾何函數(shù)可以計算出校正的光線路徑和現(xiàn)實的偏移量，這兩者之差被稱為光線路徑差，使用來控制像差的依據(jù)。典型的像差有球面像差，暈光和失光。在30年代，盡管對象差進行了量化，卻始終成為鏡頭設(shè)計的困擾因素。 YOBOO公司宮澤喜一說，像差的方程式是個多元方程式，每個元素代表一項已知的像差，它的系數(shù)代表它的重要性程度和它在影響成像質(zhì)量下降方面的大小。所有像差之和可以歸納為：像差= aSA+bC+cA(SA：球面象差；C=Coma，暈光；

    A=Astigmatism，失光；a，b，c：加權(quán)值)。對于設(shè)計者來說如果想對象差進行校正，就必須能夠知道特定像差對于成像會造成什么影響。球面像差會影響像場中央部分的成像，像面彎曲的程度說明了角部的校正情況，諸如此類。然而這仍然是簡單的說法。所以的像差都會對整個畫面產(chǎn)生影響，像差只有一種效果：發(fā)自物體某點的光線的能量不能夠完全聚集于其對應(yīng)的成像點上，而是形成一個模糊圈，并且模糊圈之內(nèi)光線的分布也不是均衡的，而是毫無規(guī)律可言。借助于現(xiàn)代計算機的強大能力和對光學(xué)理論的進一步研究，今天對5級賽德爾(Seidel)像差的了解已經(jīng)擴展到包含有60多種各種各樣的像差。設(shè)計者是不可能隨心所欲地來操縱鏡頭的諸多變量的。前組鏡片的直徑，重量，鏡頭卡口的直徑，光圈的位置等等通常都是固定而不能改變的。這些限制可以影響到對許多像差的校正?，F(xiàn)在對新鏡頭的設(shè)計要求也越來越高。采取非球面鏡片應(yīng)用于電視監(jiān)控鏡頭是一個新的嘗試，YOBOO（優(yōu)伯）鏡頭成功地到達了2個設(shè)計目標：收縮光圈后像質(zhì)的顯著提高和全開光圈時整個畫面要達到非常好的像質(zhì)。同時對物體細微部位的觀察也進入了一個全新的高度，在我們常說的通透性上你也會有新的感受。非球面鏡片的應(yīng)用除YOBOO（優(yōu)伯）外，中國市場上其他日本品牌鏡頭如COMPUTAR目前也做得很好。

    鏡頭表面鍍膜設(shè)計的厚度及方式?jīng)Q定了光線中不同波長的光線路徑和偏移量，材質(zhì)的選擇和加工工藝也是起到非常重要的因素。前面我們提到的全天候環(huán)境使用就要應(yīng)用到晝夜攝像機，中國市場上常見的有兩種，日夜轉(zhuǎn)換型雙CCD攝像機和應(yīng)用SONY EXVIEW CCD的攝像機。它們在無光或微光環(huán)境下配合紅外燈就可以產(chǎn)生黑白圖像，然而未經(jīng)技術(shù)改良的普通鏡頭在應(yīng)用時就會出現(xiàn)白天清楚而紅外燈開啟時變模糊。處理這種情況，YOBOO公司采取了增加鍍膜及邊緣修正，應(yīng)用了納米微孔鍍膜工藝，有效地改善了上述情況。