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据爆料称，预计10月份发布小米15系列影像配置显著升级，小米15/Pro两款机型将搭载全新光影猎人传感器，同时将配置定制的豪威5000万箱数主摄，该主摄具有1/1.3"超大底和超大光圈，并采用全新镀膜技术，可有效增加镜头的透光率，因此将极大改善用户拍摄体验。
而对于新机是否采用长焦镜头？据博主称，小米对潜望式长焦不感兴趣，现发布小米14/Pro机型搭载3.2X直立式长焦镜头，该言论或将暗示小米15Pro机型依旧采用直立式长焦方案，而UItra版则依旧采用潜望式长焦镜头。
在影像系统方面，小米15系列将标配AI大模型计算摄影平台Xiaomi AISP，其融合光学大模型、影调大模型、色彩大模型、人像大模型四大计算摄影模型，并通过小米澎湃OS深入硬件层，重构影像技术管线，此系统将极大提升小米15计算影像能力。
核心配置方面，小米15系列将全球首发骁龙8Gen4移动平台，该芯片由台积电N3E工艺生产制造，据测评博主称，骁龙8Gen4芯片工程机跑分高达310万，由此可见其整体性能提升显著；但该芯片不支持可扩展矩阵扩展功能，且需要采用更大的散热片面积以维持高性能运行。
其他方面，小米15系列全系标配汇顶科技独家提供的「单点超声波」屏下指纹识别技术；相较小米14系列短焦光学指纹，其抗水渍和污渍干扰能力更强，可支持活体识别，而识别率远高于光学指纹。
