理想光学系统就是能对任意宽空间内的点，以任意宽的光束成完善像的光学系统，这种系统具有“点对应点、直线对应直线、平面对应平面”的一一对应关系。物和像的这种关系称为共轭。表征理想光学系统的基本参数是基点和基面（即焦点、焦平面、主点、主平面、节点、节平面）。当理想光学系统的焦点（即与光轴上无限远点相共轭的点，物方焦点为F、像方焦点为F'，如图1所示。
图1 理想光学系统的物像位置关系
物方与像方焦点垂直于光轴的平面称为焦平面）和主点（物方与像方主点见图1中的H及H'）的位置一定时，已知物体的位置和大小，就可求出像的位置和大小。主点到焦点的距离即为焦距。物方与像方焦距如图1中的f及f'，与光线传播方向（从左至右）一致时为正，反之为负。
确定物像位置的坐标系取法的不同，则描写物像对应关系的数学形式就不同。常见的物像公式有以焦点为坐标原点的物像位置公式称为牛顿公式；以主点为坐标原点的物像位置公式称为高斯公式。
一、牛顿公式
在牛顿公式中，物和像的位置是相对于光学系统的焦点来确定的。如图1所示，设物AB经光学系统后成像于A'B'，从物方焦点F到轴上物点B的距离FB即为物距，用符号x表示，其值为负；从像方焦点F'到轴上像点B'的距离F'B'，即为像距，用符号x'表示，其值为正。物高用y表示，因其位于光轴之上，值为正；像高用y'表示，因其位于光轴之下，值为负。
由图1中三角形相似对应边成比例的关系，即可推出牛顿公式为
xx'=yy' （1）
式（1）表示以焦点为坐标原点的物像位置公式。
二、高斯公式
在高斯公式中，物和像的位置是相对于光学系统的主点来确定的。如图1所示，从物方主点H到轴上物点B的距离HB为物距，用符号l表示，其值为负；从像方主点H'到轴上像点B'的距离HB即为像距，用符号l'表示，其值为正。显然，由图1可知，x、x'与l、l'有如下关系
x=l-f，x'=l'-f' （2）
将式（2）代入式（1）中，整理后即可得到高斯公式
在大多数情况下，光学系统位于同一介质（如空气）中，此时上式可写成
该式表示以主点为坐标原点的物像位置公式。
视频监控中使用的光学系统主要是摄像镜头，其作用就是把物空间的物体成像在像空间共轭的位置上，以供接收器件接收。CCD（或CMOS）摄像机就是通过光学镜头把外界的景物成像到CCD（或CMOS）的感光面上。实体景物所处的空间称为物空间或物方；CCD（或CMOS）感光面一方称为像空间或像方。一般，CCD摄像机中所用的光学系统的物空间变化很大，但其像空间CCD感光面的位置和物理尺寸却有其特定值（如1/2或1/3英寸等）。因此，光学镜头的设计既要考虑物空间的视场范围、照明光源的照度与色温等条件，也要考虑像空间CCD感光面的尺寸、像素数、灵敏度与光学镜头接口尺寸及相对感光面的位置等要求，并力求接近理想光学系统（即能在任意大的空间内，用任意宽的光束，形成完善的像的光学系统）。
