尼康D4搭载了特别为优化数码单反相机设计的全新的尼康FX格式CMOS图像传感器 (画像尺寸36.0×23.9 mm) 和全新数码图像处理器 EXPEED 3，可提供卓越的图像品质以及超高速的性能。该机型有效像素为1,620万，同时其图像传感器支持令人难以置信的宽广感光度范围，从ISO 100 至 ISO 12800（最低扩展至ISO 50，最高扩展至ISO 204800），可在各种照明条件下提供卓越的画质。全新的RGB感应器（约91,000像素）支持高级场景识别系统，即使利用光学取景器取景时，也能识别人物脸部。除此之外，D4支持高速UDMA 7 的CF存储卡和新一代高速XQD存储卡，能够把图像更快地记录到存储卡中。同时，除了内置的有线局域网，D4还可支持通过无线局域网的高速图像传送帮助专业摄影师提高工作效率。

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