低光源或明亮差異很大的環境很考驗相機元件的本質與拍照調教的功力，Xperia XZ2 Premium 的雙鏡頭使用 ExmorRS 感光元件所組成 Motion Eye Dual 與獨家 AUBE 即時影像處理晶片，拍照時高達 ISO51200 與錄影 ISO12800 的能力，造就在夜晚、低光源大幅提高夜拍的清晰度，在室內往窗外拍時，同時保留室內物體的線條與窗外的景色，透過 Motion Eye Dual 與 AUBE 晶片進行影像融合處理，來達到專業相機等級。
Motion Eye Dual 是使用一顆黑白鏡頭與一顆彩色鏡頭組成，黑白鏡頭是一顆 1.55μm 1/2.3 吋 1,200 萬畫素 F1.6 的元件，彩色鏡頭為一顆 1.22μm 1/2.3 吋 1,900 萬畫素 F1.8 的元件。
在拍照時，黑白鏡頭會進行物體亮部與暗部輪廓細節的擷取，彩色鏡頭會進行物體的色彩擷取，接著透過 AUBE 即時進行影像融合處理，但處理過程不是單純兩張疊起來這麼簡單。
AUBE 在即時處理影像融合時，會經過三個步驟「矯正、視差調整、融合」。
Xperia XZ2 Premium 的雙鏡頭在處理防手震時，兩顆會各自進行校正，黑白與彩色鏡頭拍攝當下的角度可能會不同，拍攝成像角度也會有差異。
拍攝鏡頭矯正後，黑白鏡頭拍攝成像與彩色鏡頭成像角度有明顯差異，若直接進行影像疊合肯定會有問題，所以要進行影像校正。
辨識黑白與彩色的成像，再將正確的部份進行疊合完成拍攝。
兩顆鏡頭拍攝時如同人的眼睛一樣，左眼與右眼分別觀看同一個物體，會發現遠方的物體位置只有些微差異，但近距離的物體會有明顯錯位，左右眼看到的資訊進入腦中，AUBE 就如同腦袋般會進行影像的錯位校正，來達到影像正確疊合，才不會有疊影現象發生。
黑白鏡頭拍攝物體輪廓與亮部、暗部的細節，接著透過彩色鏡頭拍攝到的色彩進行上色，完成融合，達成色彩鮮明並且細節保留的高感度低雜訊照片。
Xperia XZ2 Premium 拍照的 EV 達到 19EV ~ -5EV 寬容度，錄影則是 19EV ~ -1EV 的寬容度。
錄影的部份，一般只能 4K 的錄影，要達到 HDR 需要透過不同的曝光值來合成，一般的 HDR 在拍攝時，需要 2 frame 才能完成不同曝光值，Xperia XZ2 Premium 只需 1 frame 即可完成不同曝光值的拍攝，因為 AUBE 即時影像處理晶片有內建記憶體，才能如此迅速只需 1 frame 就可完成 HDR 處理。
4K HDR 錄影於亮部處進行短曝，在暗部處進行長曝，進行合成後達到如同人眼看到的實景畫面。
Xperia XZ2 Premium 拍攝的 4K HDR 影片為了更易於分享，上傳到 Youtube 支援 HEVC 格式轉成 VP9 格式，不需自行轉檔。
Xperia XZ2 Premium 的錄影不只 4K HDR 的畫質、色彩度更廣、色彩深度平滑度更滑順。
下面是使用 Xperia XZ2 Premium 拍攝的照片與影片，在夜拍或低光源的拍照能力十分強悍，智慧場景辨識能自動判斷進行拍照參數調整，不論什麼樣的場合皆能拍出亮麗的照片與影片。