La PENTAX K-5 incorpora un sensore CMOS di nuova generazione, abbinato all'affidabile processore immagine PRIME II, che produce immagini digitali ad alta risoluzione, ricche di gradazioni tonali.
La K-5 offre anche un ampio campo di sensibilità, da ISO 100 e 12800, espandibile dall'utente fino a ISO 80~51200. Dato che la conversione Analogica/Digitale viene effettuata dal sensore, la K-5 ottiene un'incredibile gestione del rumore, contenuto entro livelli bassissimi.
La K-5 incorpora lo stesso sistema autofocus di nuova generazione SAFOX IX+ messo a punto per la fotocamera di medio formato PENTAX 645D, dotato di 11 punti di misurazione (coi 9 centrali a croce) per assicurare rapidità e precisione.
Il nuovo sensore della K-5, insieme ai più evoluti algoritmi autofocus assicurano una messa a fuoco accurata e veloce anche col sistema AF a contrasto impiegato nelle riprese in Live View. Con l'aggiunta della visualizzazione a Sezione Aurea, la K-5 offre la scelta fra tre diverse griglie per facilitare la composizione dell'immagine.
La modalità di ripresa continua ad alta velocità della K-5 registra fino a 30 immagini (nel formato di registrazione JPEG a 16 megapixel con qualità ***) in una singola sequenza alla velocità massima di 7 fotogrammi al secondo, agevolando le riprese nitide anche dei soggetti dinamici. In formato RAW, si possono scattare fino a 20 fotogrammi in sequenza rapida a 7fps (ISO 100) a condizione che sia installato il firmware 1.01 o superiore.
La K-5 può registrare splendidi e fedeli filmati in proporzioni 16:9 Full HD (1920x1080) ad un frame rate di 25 fotogrammi al secondo. Questo estende i vantaggi della fotografia reflex di qualità al mondo delle riprese video. Ad esempio, si può controllare la profondità di campo per isolare il soggetto dallo sfondo, oppure si possono creare effetti visivi particolari grazie all'impiego di obiettivi differenti. Sono anche possibili effetti speciali direttamente in ripresa. La K-5 è anche equipaggiata di terminale mini HDMI e di presa per microfono stereo esterno.
La K-5 è eccezionalmente solida e duratura, con un telaio in acciao inossidabile rivestito in robusta e leggera lega di magnesio. Grazie alle 77 speciali guarnizioni applicate al corpo, è garantita una costruzione a prova di polvere, elementi atmosferici e basse temperature (-10°C) per dare la massima affidabilità anche in condizioni ambientali ostili. L'otturatore e il movimento dello specchio sono ammortizzati con cura, così lo scatto risulta particolarmente silenzioso e discreto. 
Il pentaprisma della K-5 offre la visione di circa il 100% del campo inquadrato, con un ingrandimento di circa il 92%, per agevolare la messa a fuoco e l'inquadratura più accurata. Lo schermo di messa a fuoco Natural-Bright-Matte III in dotazione (intercambiabile con altri 3 tipi) è adatto anche alla messa a fuoco manuale .
La K-5 è equipaggiata col sistema SR (Shake Reduction) sviluppato da PENTAX, che compensa efficacemente gli effetti negativi del movimento della fotocamera fino a 4 stop, garantendo immagini nitide e prive di mosso anche in condizioni di ripresa particolarmente critiche. Questo meccanismo innovativo è compatibile con tutti gli obiettivi intercambiabili PENTAX, perfino quelli progettati per le fotocamere a pellicola. La K-5 offre anche una funzione di livellamento automatico sul piano orizzontale per compensare l'inclinazione della fotocamera nelle riprese a mano libera, oltre ad una funzione di regolazione della composizione che consente spostamenti del sensore in verticale, in orizzontale e in rotazione.
La K-5 incorpora un ampio monitor LCD a colori da 3" ad alta risoluzione con circa 921.000 punti. L'elevato angolo di visione consente di osservare l'immagine entro circa 170 gradi tanto in verticale quanto in orizzontale, agevolando le riprese dal basso o sopra le teste con la funzione Live View.
(1) Funzione "Immagine personalizzata" per interpretazioni fuori dagli schemi
La K-5 offre la scelta fra 9 modi di Immagine personalizzata, per selezionare facilmente il tipo di finitura per una certa immagine allo scopo di esprimere più fedelmente un intento creativo oppure per enfatizzare una determinata atmosfera.
(2) Funzione "Filtri digitali"
Questa funzione permette di elaborare le immagini registrate per esprimere una visione creativa senza la necessità di usare un computer. Non solo si hanno a disposizione ben 18 filtri diversi, ma i vari filtri si possono anche combinare su una stessa immagine per ottenere effetti particolari.
(3) Modo "Cross processing" con tre opzioni
La K-5 propone l'esclusiva modalità "Cross processing", nella quale la fotocamera varia automaticamente i parametri per ciascuna esposizione in modo da creare immagini accattivanti con colori unici ed emozionali, proprio come le immagini trattate col cross processing nella fotografia a pellicola.
(4) Funzione HDR (High Dynamic Range)
La K-5 offre la funzione HDR (high dynamic range) per creare un'immagine composita caratterizzata da estrema gradazione tonale a partire da 3 scatti con esposizioni differenziate, sempre senza richiedere un computer.
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