此次 Xperia XZ3 的相機配置在主相機的部分仍維持 19MP 的 MotionEye 模組，主要的差異在於前相機使用 13MP 元件搭配 F1.9 光圈的新設計，乍看之下變化不大，不過 Xperia XZ3 仍在相機導入全新的 UI 概念，以及結合 AI 做為發想，提供更便利的使用體驗。
更簡潔的 UI 邏輯
隨著 Xperia XZ3 成為搶先宣布上市即預載 Android 9 Pie 的新機，除了基礎 UI 設計略為不同以外，在相機的介面也經過調整，不再像先前 Xperia XZ2 、 XZ2 Premium 將拍攝分為全手動拍照、智慧拍照、錄影與相機應用程式四大項， Xperia XZ3 更貼近現在數位相機的邏輯，在主欄目分為相機與攝影，而且把常用的功能配置在左方，至於各項拍照或是錄影模式只要點選右下方的模式就會跳出，這也使得消費者在操作時更容易找到想使用的拍攝模式。
利用感測器結合深度學習的 Smart Launch 手勢快速啟動
雖然 Android 手機本身可透過快速點選兩下電源、或是從螢幕鎖定由右下角滑出相機， Sony Mobile 多數的機種也搭仔實體快門鍵，但 Xperia XZ3 還額外以手勢的方式提供相機快速啟動；這項模式只要在手機休眠、螢幕關閉的情境，從口袋中掏出手機並拿到橫放的拍攝方式，就會看到手機螢幕被喚醒，並且提供一個圓框，只要輕觸圓框就可啟動相機。
雖然聽起來很簡單，不過 Xperia XZ3 的手勢快速啟動還動用到深度學習的 AI 技術，為了避免在非拍照的情境使 Xperia XZ3 誤判並啟動相機功能，除了加入還要碰觸圓框的防呆機制， Sony 也透過結合加速度計、接近感測器、光感測器等三種感測器，結合演算法作為判讀機制，雖然加入陀螺儀有助更精確確認，不過考慮到陀螺儀維持全時待機的耗電， Sony 決定以三項感測器實現偵測機制。
畢竟快速啟動牽涉到需要與感測器結合，加上考慮省電因素，為了使 Xperia XZ3 能有效且不占用記憶體就能快速喚醒， Sony Mobile 選擇使用深度學習的方式建立演算法模型， Sony 將各種正確啟動與並非要啟動的相似情境的感測器資訊放入伺服器進行訓練，讓模型能利用環境光、手機被取出的位置等，解讀手機是否是放在包包中被晃動，或是使用者僅是取出手機但實際上並未打算拍照。當然這項功能只是提供消費者多一個可啟動相機的機制，若已經習慣透過實體快門快啟的 Sony 使用者，仍不需擔心因為 Xperia XZ3 加入手勢快啟而取消實體快門設計。
為愛美的水水在前鏡頭提供自動美肌與單鏡頭散景模式
一般自拍
散景模式(效果：中)
散景模式(效果：大)
現在許多消費者已經習慣使用前鏡頭自拍， Sony Mobile 也知道這點，此次 Xperia XZ3 除了使用新設計的前鏡頭模組以外，也加入許多美顏相關技術，例如美肌、眼睛加大、柔膚等常見特效，同時也支援前鏡頭以單鏡頭進行散景。同時也由活動當日的 Model 示範包括一般自拍、散景模式(效果：中)、散景模式(效果：大)的差異。
利用 AI 使相機自動曝光更貼近使用者喜好
雖然現在智慧手機的自動測光、曝光甚至比起不少專業相機的自動功能更合乎實際情境，不過有時自動曝光的效果與消費者所期望的效果總是有些許落差，而此次 Xperia XZ3 並非如一些手機品牌是持續學習消費者個人喜好作為照片自動調教， Sony 則是將 AI 學習應用在手機的自動曝光判斷上； Sony 將過去全自動曝光的各類情境照片經過調整到多數消費者喜歡的曝光值，並讓伺服器訓練針對各種情境的曝光邏輯，再應用於 Xperia XZ3 之上，是 Xperia XZ3 的自動曝光不僅正確，更較 2017 年機種討喜且符合多數消費者的預期曝光值。以下為此次 Xperia XZ3 所拍攝的一些照片樣本，而其中在台場拍攝彩虹橋與東京灣的夜景，考慮到個人喜好問題，改以手動 ISO 搭配白熾燈白平衡拍攝，其餘皆為全自動拍攝。
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