D610依然采用了2426万有效像素FX格式CMOS图像传感器，内置光学低通滤波器。沿用EXPEED 3图像处理引擎，感光度范围为ISO100-6400，可扩展至Lo 1.0（ISO50）～Hi 2.0（ISO25600）。以1/3 或1/2EV 为步长可在ISO 100 至6400 之间进行微调。
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D610搭载了玻璃五棱镜光学取景器，视野率达到100%，放大倍率为0.7倍。采用拥有9个十字型感应器的39点AF系统，中央7个对焦点支持F8光圈。
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