Embora o optocoupler sugerido seja certamente uma coisa segura para tentar, você pode achar que não funciona. Tradicionalmente, as sapatilhas SLR eram uma opção simples para disparar o flash e, embora os modernos sistemas DSLR não usem mais as altas tensões que alguns flashes mais antigos apresentados à câmera, muitos usam um transistor para puxar a linha para o chão.
Qualquer voltagem presente no pino pode ser causada por um pull-up de alto valor ou possivelmente por algum vazamento de corrente muito baixo e não capaz de fornecer o ímpar de 5 mA necessário para acionar um acoplador óptico. Isso pode explicar suas leituras um tanto variáveis, que eu esperaria que fossem estáveis se a linha fosse muito rígida.
Aqui está um exemplo do circuito usado no sistema de acionamento de câmera / flash do Axe da câmera que pode ser indicativo do que você encontraria na câmera:
Eu não tinha uma D5100 disponível para teste, mas medindo a Nikon D7000 de um membro da família e minha Canon 5D Mark III, nenhuma voltagem estava presente na sapata. Nos dois casos, medir o flash enquanto desconectado da câmera, mas ligado deu uma leitura de cerca de 5V, de modo que pareceu que ambos os sistemas usavam um pull-up dentro do flash. Eu sugeriria um circuito como o que tentei com os dois:
simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab
O R2 pode ser omitido se você usar o pull-up interno na linha de entrada, enquanto os diodos oferecem apenas um pouco de proteção extra contra situações de ESD e sobretensão, em vez de depender apenas dos grampos do AVR. Aqui está um exemplo do sinal medido para uma exposição de 1/10 segundo usando esse circuito: