实际的成像过程是通过工业镜头将目标物体反射的光线聚焦在工业相机内部的感光元器件上来实现的。真实的光学镜头往往由多枚形态各异的透镜组合而成，如图a所示，目的是消除成像过程中的各种像差，使光学性能达到最优提高成像的清晰度，但对于镜头光学性能的讨论属于光学范畴，本文不作详细论述。

图像工程上常使用单个透镜来等效和模拟光线汇聚的过程，在镜头焦距和光圈固定的情况下，目标物体反射的光线会经过透镜汇聚在焦点F处，再投射至成像平面形成影像，焦点F与透镜光心间的距离为f，真实场景内的物点到成像平面像点之间光路如图b所示，图中的光路都正确表示了光线从真实世界物点到成像平面像点之间的传播路径。

其中，通过透镜光心的光线沿直线传播，最容易建立成像光路的数学模型,因此选择通过透镜光心的光线传播路径来代表成像光路，来对工业相机的成像过程进行建模。相机成像模型的原理和小孔成像模型近似，因此在理想情况下，相机的成像过程一般被简化成小孔成像模型来表示如图c所示。由于小孔模型中光线沿直线传播的性质，此时模型参数f不再表示实际镜头的焦距,而是代表集成相机感光元器件的阵列平面与透镜光心之间的距离。此外，为了便于理解和描述成像过程，会在镜头前建立虚拟的成像平面来降低了模型在数学表达上的复杂性，如图d所示。