除了首发的全新SoC，S23U上新的2亿像素主摄CMOS自然也是备受关注的焦点。
毕竟此前在S22U上，三星几乎没有修改后置四摄模组的硬件配置（1.08亿像素HM3主摄+1200万像素超广角+1000万像素3倍长焦+1000万像素10倍长焦），仅仅只是用上了更好的镜头玻璃、改善了影像算法。
相比之下，S23U此次一方面首发了三星自家的HP2主摄。这是一枚1/1.3英寸、2亿像素的CMOS传感器，并支持“四合一（5000万像素）”和“十六合一（1250万像素）”两种像素合并模式。而且HP2还支持全像素对焦，这就使得它理论上的近距离对焦和追焦性能，大幅超越了前两代旗舰所使用的HM3（仅支持超级相位对焦、无法实现全画面追焦）。
除此之外，根据官方公布的信息显示，S23U这枚后置主摄还有一大亮点，那就是它大幅提高了光学防抖的工作角度。说得更直白点，也就是防抖能力更强了。
S21U样张：门环（2倍变焦） ISO100 f1.8 1/100s
S22U样张：门环（2倍变焦） ISO200 f1.8 1/180s
S23U样张：门环（2倍变焦） ISO200 f1.7 1/180s
那么主摄的升级带来了怎样的变化呢？首先通过这组2倍变焦的样张就能明显看出，从S21U到S23U，画面的对比度是依次提高的。而且还能够看到，当时三星为了挖掘1.08亿像素主摄CMOS的潜力，在算法上有一个明显更“暴力”的锐化处理，但这个痕迹到了S23U上就不复存在了。
S21U样张：邮箱（1.08亿像素） ISO20 f1.8 1/50s
细节放大
S22U样张：邮箱（1.08亿像素、细节增强器开） ISO20 f1.8 1/60s
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S23U样张：邮箱（2亿像素） ISO16 f1.7 1/50s
细节放大
其次在S22U上，三星为这枚1.08亿像素的主摄加入了名为“细节增强器”的额外选项，开启后会大幅提高手机生成照片所需的时间，但确实能够增强最终成像的细节表现和色彩丰富度。
而到了S23U上，或许是因为新款SoC已经对2亿像素提供了“原生优化”，所以“细节增强器”选项消失，同时开启2亿像素后的照片合成速度更是大幅提升，几乎可以做到即拍即出、无需等待。但是从画面的细节上来看，S23U在全像素输出时虽然细节保留依然出色，但高光部分则是略有溢出。或许，这就是“速度快”的代价吧。
S21U样张：夜景招牌 ISO125 f1.8 1/10s
S22U样张：夜景招牌 ISO125 f1.8 1/10s
S23U样张：夜景招牌 ISO250 f1.7 1/15s
不过到了夜间的城市灯光场景下可以明显看到，S23U对于夜景灯光的色彩表现力，比起“前辈”实在是要好了太多。
S21U样张：夜景灯光（3倍变焦）ISO50 f2.4 1/9s
S22U样张：夜景灯光（3倍变焦）ISO40 f2.4 1/8s
S23U样张：夜景灯光（3倍变焦）ISO50 f2.4 1/9s
然而有趣的是，从这组基于长焦副摄拍摄的夜景样张我们似乎可以判断，S23U的夜景色彩大幅改善应该源自算法出现了明显的变化，并不见得就是由CMOS带来的差异。
S21U样张：暗光10倍变焦 ISO2000 f2.4 1/17s
S22U样张：暗光10倍变焦 ISO2500 f2.4 1/15s
S23U样张：暗光10倍变焦 ISO2000 f2.4 1/8s
实际上，在整个影像对比的过程中我们发现，比起表面上看起来规格进步巨大的主摄，S23U此次的“副摄”却反而是变化更大，而且观感进步要更明显的部分。例如在这组暗光+长焦的对比中，S21U虽有细节、但噪点较多，S22U则很明显过分注重“降噪”、细节反而丢得更多，只有S23U带来了明显更干净、解析力也更高的成像表现。
这说明了什么问题呢？首先往不好的方面来说，S23U“细节增强器”功能的消失（虽然这个功能也只在S22U上出现过），以及这枚主摄在部分场景下的纹理表现，都让我们怀疑三星至少在目前的这个系统的版本下，可能还并未完全“吃透”HP2的2亿像素潜力。
但相比之下不得不承认，凭借着副摄成像能力的“飙升”，S23U在绝大多数的场景下，都能轻易给到用户比前两代机型好得多的成像观感。特别是在诸如照片对比度、色彩饱和度、夜景灯光表现等方面，都能明显感受到三星还是有听取消费者的需求，有迎合“主流影像旗舰”方向的痕迹。而且至少他们大幅调整了过去的影像算法，这显然是开了个好头。
