小米表示，历时两年重写了整个相机架构，并将软硬件能力整合重建，打造全新的小米影像大脑，而小米 12 系列上搭载的小米影像大脑，共包含意图识别单元、计算单元、加速引擎、生态引擎四个部分。
意图识别单元的作用是判断用户的意图，然后动态调整算法的使用强度，包括智能动态分配内存等等。当用户不停地按下快门，此时小米影像大脑就会认为用户意图是记录下更多的画面，然后就会优先保证拍照速度。
加速引擎则是利用骁龙 8 平台进行赋能，将 CPU、GPU、DSP、ISP 等多个模块的计算能力进行整合与充分调度，让整个过程并行协同，从而达到大幅提升速度的优化效果。
计算单元则是通过强大的计算摄影能力，调用先进算法进行画质上的调优，比如多帧合成、降噪算法、去伪色算法、白平衡校准等等，让画面变得更加清晰自然，从而达到接近甚至超越传统光学摄影的效果。
生态引擎则是打通了硬件到第三方应用的管道，将小米影像大脑的能力通过小米自有 SDK 开放给第三方，这样让第三方应用未来也能够调用小米影像大脑的能力，从而达到画质调优，速度提升的效果。
官方表示，小米 12 系列相机启动速度快了 21.2%，拍照速度也快了 53.7%，连续拍照更是快了 209%，夜景拍照速度同样也快了 39.9%。在这其中，小米影像大脑的异构计算与算法并行处理起到了关键作用。
为了对拍摄过程进行优化，小米采用了全新的“线程并行化技术”，让处理算法上移，同时并行处理多张照片。此外，将原先的硬件 HAL 层抽象化管理为小米自己的 HAL 层，让硬件算法能够所以组合变化，甚至插件化管理。再加上算法预加载优化与算法并发优化，使得处理多张连拍的能力大幅提高。异构计算能够减少不必要的算法库加载，从而达到降低内存和加快速度的效果。
小米 12 Pro 首发的索尼 IMX707 CMOS 传感器，尺寸为 1/1.28 英寸，具有 5000 万像素，单像素大小达到 1.22μm，支持像素四合一。该传感器的感光能力相比 IMX766 提升 49%，配合小米自研夜枭 2.0 算法，可以实现纯净的夜景拍摄效果。
不仅如此，感光能力的增强，还使得 IMX707 传感器实现更快的拍照速度、更好的抓拍能力。
