镜头设计是极具创造力的工作，它必须基于经验和敏锐的洞察力来了解各种各样光学像差的特性。任何镜头，不管是哪家工厂生产的都可以用“镜头描述”这个术语来区分镜片的数量、玻璃的种类、镜片的曲面半径、镜片的厚度、镜片与镜片之间的距离、以及每个镜片的直径等等。这些都是用来全面描述一个镜头的参数。当发自于某个物体的光线穿过玻璃表面时，该束光线会被折射。光线折射量取决于玻璃的折射率。如果镜头设计者能知道光线射入镜头前镜片时的确切入射位置以及入射角度，他就可以通过光线理论系统精确地追踪光路。角度和距离可以通过三角函数的正弦和余弦算出来。因此通过简单的平面几何，光线途经的线路就可以被追踪到。我们知道任何一个点光源发出的能量都是散射的，并无任何方向行可言。只有部分能量通过镜头，而且设计者也假设通过简单的数学来计算通过镜头的能量(那些被视为一系列的各自独立的光线)可以追踪那些光线的路径。
镜头设计者首先从光轴上的某点开始追踪少量的光线。这里所假设的是每个物象点都会在CCD上形成于之相对应的点，所以发自物体的光线都将被转化为这样的成相点，并且具有同样的相对位置。对应那些靠近光轴的点，设计者可以有理由相信成像是相当精确的，这就是平行光轴光学(ParaxialOptics)。尽管计算公式相当简单(至少对有经验的设计者来说)，但要求对于这些数字的计算精确到小数点后5~8位。
目前中国监控市场上常见的主流镜头是COMPUTAR、AVENIR(精工)、YOBOO(优伯)、FUJINON(富士)、TAMRON等日本知名品牌。他们在成像处理技术上都有惊人的相似又有独到的不同之处。在现实设计中，每一款新镜头的诞生，大量的计算工作是非常重要的，从了解的大量光学计算式中获取结果，从中决定究竟是继续原设计还是对设计进行调整。对于电视监控环境的复杂性多样性及无法改善逆转同时光线连续变化等因素，因此考虑斜向进入镜头的光线就非常重要，考虑平行进入的光线对于中央区域的成像很重要，但对于远离象场中央区域的成像则不具有多大的意义。他们必须借助于计算机的庞大计算任务，YOBOO公司设计师宫泽喜一说，人所共知道现象是现在许多来自不同厂家的镜头的表现都很好并且极为接近，这都归功于大家利用计算机寻找优化点的结果。所有计算机都在寻找同样的点并最终将会找到一个。如果一个光学设计是非常好的设计，那么该设计最终得到的MTF图是非常漂亮的。你需要通过研究光学设计的根源来掌握设计的特点。一旦你知道一个设计是否具有潜力，你就可以明智的指导计算机去优化图的特定区域寻找优化点，并且在你找到你所需要的理想值的时候适当的停下来，这一点我们做得很好。
对于目前监控市场上硬盘录像机的普及及对昼夜监控的要求被日益提出，在对摄像机提出更高要求的同时，镜头的品质亦被寄予更高的期望，镜头的清晰度这一新名词也被不成文地提出，可红感也俞来俞受到重视。这里我们不得不提到像差。我们都知道光线是由不同波长的有颜色光波组成的，而且当光线进入镜头时不同波长的光波具有其独特的光学路径，我们已经知道理想的光线不可避免的被镜片所干扰而产生像差。镜头设计的第一要素就是对这些像差进行了解和控制。通过三角几何函数可以计算出校正的光线路径和现实的偏移量，这两者之差被称为光线路径差，使用来控制像差的依据。典型的像差有球面像差，晕光和失光。在30年代，尽管对象差进行了量化，却始终成为镜头设计的困扰因素。YOBOO公司宫泽喜一说，像差的方程式是个多元方程式，每个元素代表一项已知的像差，它的系数代表它的重要性程度和它在影响成像质量下降方面的大小。所有像差之和可以归纳为：像差=aSA+bC+cA(SA：球面象差;C=Coma，晕光;A=Astigmatism，失光;a，b，c：加权值)。对于设计者来说如果想对象差进行校正，就必须能够知道特定像差对于成像会造成什么影响。球面像差会影响像场中央部分的成像，像面弯曲的程度说明了角部的校正情况，诸如此类。然而这仍然是简单的说法。所以的像差都会对整个画面产生影响，像差只有一种效果：发自物体某点的光线的能量不能够完全聚集于其对应的成像点上，而是形成一个模糊圈，并且模糊圈之内光线的分布也不是均衡的，而是毫无规律可言。借助于现代计算机的强大能力和对光学理论的进一步研究，今天对5级赛德尔(Seidel)像差的了解已经扩展到包含有60多种各种各样的像差。设计者是不可能随心所欲地来操纵镜头的诸多变量的。前组镜片的直径，重量，镜头卡口的直径，光圈的位置等等通常都是固定而不能改变的。这些限制可以影响到对许多像差的校正。现在对新镜头的设计要求也越来越高。采取非球面镜片应用于电视监控镜头是一个新的尝试，YOBOO(优伯)镜头成功地到达了2个设计目标：收缩光圈后像质的显著提高和全开光圈时整个画面要达到非常好的像质。同时对物体细微部位的观察也进入了一个全新的高度，在我们常说的通透性上你也会有新的感受。非球面镜片的应用除YOBOO(优伯)外，中国市场上其他日本品牌镜头如COMPUTAR目前也做得很好。
