光学变焦英文名称为OpticalZoom，数码摄像机依靠光学镜头结构来实现变焦。光学镜头是机器视觉系统中必不可少的部件，直接影响成像质量的优劣，影响算法的实现和效果。光学镜头规格多，从焦距上可分为短焦镜头、中焦镜头，长焦镜头；从视场大小分有广角、标准，远摄镜头；结构上分有固定光圈定焦镜头、手动光圈定焦镜头、自动光圈定焦镜头、手动变焦镜头、自动变焦镜头、自动光圈电动变焦镜头，电动三可变（光圈、焦距、聚焦均可变）镜头等。数码摄像机的光学变焦方式与传统35mm相机差不多，就是通过镜片移动来放大与缩小需要拍摄的景物，光学变焦倍数越大，能拍摄的景物就越远。

光学变焦是通过镜头、物体和焦点三方的位置发生变化而产生的。当成像面在水平方向运动的时候，视觉和焦距就会发生变化，更远的景物变得更清晰，让人感觉像物体递进的感觉。

因此，要改变视角必然有两种办法，一种是改变镜头的焦距，用摄影的话来说，这就是光学变焦，通过改变变焦镜头中的各镜片的相对位置来改变镜头的焦距；另一种就是改变成像面的大小，即成像面的对角线长短在目前的数码摄影中，这就叫做数码变焦。实际上数码变焦并没有改变镜头的焦距，只是通过改变成像面对角线的角度来改变视角，从而产生了“相当于”镜头焦距变化的效果。

在市面上可以看到，一些镜头越长的数码摄像机，内部的镜片和感光器移动空间更大，所以变焦倍数也更大。而一些CMOS数码摄像机，一般没有光学变焦功能，因为其机身内根部不允许感光器件的移动，如今的数码摄像机的光学变焦倍数大多在10倍，变焦倍数为30倍的相机也已经陆续上市。

变焦镜头(Vari-Focal)与变倍镜头(Zoom)都是有调整视野宽窄的功能，但是当我们在调整倍数镜头时，焦距会跟随着一起调整，因此当我们ZoomIn或ZoomOut时并不会有失焦的现象，但是变焦镜头则于调整跸f值后，仍须再调整一次焦距使影像清晰。