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有効画素数は約2400万画素（24.2メガピクセル）。自社新開発のニコンDXフォーマットCMOSセンサーを搭載。約2400万画素（24.2メガピクセル）の高画素による高精細な描写と、人物の肌の質感や空のグラデーションなどを滑らかに再現する豊かな階調表現を実現しています。また、撮像素子の大きさを活かした、デジタル一眼レフカメラならではの背景を美しくぼかした静止画、動画が撮れます。さらに、 D3200の高画素はプリント時も威力を発揮し、撮影後の静止画をトリミング（必要な部分だけを切り出して拡大）しても、画質劣化の少ない、解像感の高い画像が得られます。
約2400万画素（24.2メガピクセル）のデータを高速で処理するため、画像処理エンジンにはD4と同一の「EXPEED 3」を採用。D4同様、デジタル一眼レフカメラに最適化したEXPEED 3が人物の肌色のより忠実な再現、ダイナミックレンジの拡大、アクティブD-ライティング時の色再現性の向上を実現します。さらに、高性能ノイズ低減処理により、静止画、動画を問わず、高感度時にもノイズの少ない豊かな階調表現が可能です。また、撮像素子の高速読み出しと「EXPEED 3」の優れた高速画像処理能力があいまって、1920×1080/30pのフルHD動画にも対応しています。
撮像感度域はISO 100～6400と広範囲。高画素ながら、優れた高感度性能を提供します。Hi 1（ISO 12800相当）までの増感もでき、高感度設定時でもノイズを極力抑えた、高い解像感が得られます。夜景撮影、薄暗い室内での撮影、動き回る子どもやペットの撮影でも画質の低下を気にすることなく高感度を設定し、高速シャッタースピードでブレを抑えた撮影ができます。また、この優れた高感度性能はDムービーにも有効で、光が少ない状況でも大掛かりな照明装置を追加せずに、美しい映像を撮影できます。
420分割RGBセンサーで撮影シーンの明るさや色情報を細かく分析し、撮影前に被写体の状況を的確に把握。オートフォーカス、自動露出、i-TTL調光、オートホワイトバランスの制御に反映し、高精度なオート制御を実現しています。また、顔認識システムにより人物の顔も認識。オートフォーカス、自動露出、オートホワイトバランス、再生時の顔の拡大などにこの情報を活用しています。
シーン認識システムの「光源判別」で得た撮影シーンの色や輝度の情報を、カメラ内のオートホワイトバランス用のデータベースと照合して光源を判別。これにより、複雑な照明下でも、的確にホワイトバランスを決定します。
暗い室内の情景をとり入れた窓越しの外の風景や、直射日光の強い海辺の情景などの明暗差の大きいシーン、逆光などでは、被写体の明るさをイメージどおりに描写するのは困難です。D3200は、このような状況で起こりやすい、明るい部分が真っ白に写って階調性がなくなってしまう「白とび」と暗い部分が真っ黒に塗りつぶされて階調性がなくなってしまう「黒つぶれ」の両方を抑えながら、適度なコントラストを保つアクティブD-ライティングを搭載。明るいところも、暗いところも、見た目に近い明るさできれいに再現できます。
デジタル一眼レフカメラは、レンズを交換する際にカメラ内の撮像素子前面にあるローパスフィルターにゴミやほこりが付着し、撮影した画像にゴミやほこりが写り込んでしまうことがあります。D3200にはこの問題を解決する「イメージセンサークリーニング機能」と「エアフローコントロールシステム」を採用。ダブルのダスト対策でゴミやほこりの画像への写り込みを効果的に軽減し、きれいな画像を提供します。
ローパスフィルターを複数の共振周波数で振動させ、ローパスフィルターに付着したゴミを除去します。クリーニングは、カメラの電源のON/OFFに連動して自動的に動作。メニュー操作からの作動も可能です。
レンズ装着部付近に空気流制御孔を設け、撮像素子前面にあるローパスフィルターにゴミやほこりがつきにくいよう、空気の流れをコントロールします。
NIKKOR（ニッコール）は、多くの写真愛好家やプロフェッショナルフォトグラファーから、高い評価を得ているニコン製レンズのブランド。常に時代をリードし、数々のニコン独自の先端テクノロジーを採用しています。高い光学性能と充実のラインナップを持つNIKKORが、D3200の約2400万画素（24.2メガピクセル）の高画素をフルに活かして、静止画でも動画でも優れた描写性能を提供します。
手持ち撮影も快適。ファインダー像のブレまで効果的に抑えるニコン独自の手ブレ補正機構（VR）
暗い場所での撮影では、カメラが光を十分に取り込むために、シャッターを長い時間開いておく必要があり、この間の手ブレが原因で画像がぶれてしまうことがあります。ニコンでは、この手ブレによる影響を軽減するために、レンズ内に手ブレ補正機構（VR）を搭載。カメラ本体に内蔵されている手ブレ補正機構とは異なり、撮影中のファインダー像のブレも補正するので、快適に撮影できます。スポーツや夕暮れ、夜景など、手持ち撮影で起こりがちな手ブレを効果的に軽減します。
静粛なオートフォーカスができるAF-Sレンズ/SWM（超音波モーター）
ニコンが独自に開発したAF駆動用のSWM（Silent Wave Motor=超音波モーター）は、進行波を回転エネルギーに変え、フォーカス光学系を駆動させます。このSWMを搭載したAF-Sレンズは、静粛性に優れたオートフォーカス撮影を可能にします。
ゴースト、フレアーを低減したクリアーな画像が得られるナノクリスタルコート
ニコンが最先端の半導体露光装置を開発する過程で生み出した反射防止コーティング。従来のコーティングでは低減が困難だった赤い光によるゴーストや、レンズに斜めから入射する光に起因するゴースト、フレアーを効果的に低減します。
高倍率時の色にじみを効果的に低減するEDレンズ
ニコンが世界に先駆けて開発した、プリズムの色分解作用を少なくするED（特殊低分散）ガラスを使用したレンズ。通常の光学ガラス使用のレンズでは焦点距離が長くなるほど色収差の補正が困難になり焦点ずれによって発生する色のにじみを、EDレンズは効果的に低減します。
ディストーションを効果的に補正する非球面レンズ
非球面レンズは、面が球面でない曲面をもち、球面収差などさまざまな収差を補正します。中でも、広角系のレンズで問題となるディストーション（歪曲収差）のコントロールには大きな効果を発揮します。
