水下摄像机镜头的设计可能是具有挑战性的，因为有大量的变量在发挥作用。与每一个光学系统的设计一样，相机、镜头、外壳和操作参数的选择对整个系统的性能有很大的影响。确定正确的组件组合是经验丰富的光学工程师提供的。
水下相机镜头和光学系统面临的独特挑战包括:
深度高压
不同程度的散射和吸收与地面系统相比
“水vs玻璃”和“空气vs玻璃”的相对折射率不同，使得更宽的角度视图更具挑战性
沉积物、污染和海洋生物引起吸收和散射。散射会降低图像的对比度或引起模糊。这将影响图像的质量相机传感器．
光学设计
材料
材料的选择将取决于工作波长。通常使用BK7、蓝宝石、PMMA和熔融二氧化硅。BK7(和类似的材料)在可见光谱中工作时提供了一种经济有效的解决方案。熔融二氧化硅适用于工作在400nm以下。对于施工应用中遇到的严酷和高压，我们可以使用蓝宝石而PMMA重量轻，可以大批量生产消费类产品。
平面与圆顶窗。
一种常见且经济有效的解决方案是将摄像机封装在一个防水容器中，以保护设备。然后，相机将被放置在一个密封的胶囊中，通过一个窗口可以看到水下环境。我们可以选择使用平窗还是圆顶窗。
在水下使用平窗的一个后果是，一般来说，相机的视场会减少。这是由于光在水/玻璃/空气之间转换时的折射。其结果是，我们将有更高水平的失真(特别是在视场超过60度的情况下)，并缩小图像尺寸。
消除这些不希望出现的偏差的一种方法是使用圆顶窗。圆顶的形状允许通常入射到窗口表面的光线在没有折射的情况下传播，从而减少失真，并保持视场与在空气中工作时相同。使用圆顶窗的一个缺点是它会影响镜头的焦距(我们实际上是在系统中添加了一个凸透镜)。
虽然可以买到现成的圆顶窗用于消费者水下住房，相机镜头与圆顶的适当配对是由光学工程师完成的，以提供优秀的结果。
图1所示。虽然现有的解决方案是针对圆顶窗的，但只有适当的设计才能产生优秀的图像质量。图像从Amazon.com
照明
在水下环境中提高图像对比度的一种方法是使用基于极化的系统。这种照明方案使用宽场偏振光来照亮场景，同时使用相机和额外的偏振器查看相同的区域。帧由正交极化滤波器获得。后向散射将在两帧中出现，但数量不同;然后可以使用这两帧作为输入来提取后向散射场并估计无后向散射的背景
图2。建立了基于极化的水下系统实验室。在B. Huang等人“考虑物体偏振效应的水下图像恢复”Opt. Express 24, 9826-9838 (2016)
