接觸式讀票機（Contact-based）

原理：通過物理接觸（如金屬觸點）檢測選票上的導電標記（如特殊墨水填涂），形成電路導通來識別選擇。

特點：

識別速度快，但對選票材質和標記墨水要求高。

易受污漬、折疊影響，應用場景較窄。

條形碼 / 二維碼讀票機

原理：選民通過填寫或掃描條形碼 / 二維碼選票，機器讀取編碼后解析投票信息。

特點：

數據精度高，可存儲更多信息（如選區、候選人編號）。

需提前印制帶編碼的選票，適合電子化程度較高的選舉。

核心硬件架構：光學識別的物理基礎

光學掃描式讀票機的硬件系統主要由以下部分構成，共同實現選票標記的捕捉與轉換：

硬件組件 功能描述

光源模塊 - 通常采用 LED 光源（如紅光、紅外光），均勻照射選票表面，確保標記區域反光差異明顯。

- 部分設備配備多波長光源，適應不同墨水（如熒光墨水）的識別需求。

圖像傳感器 - 多為 CCD（電荷耦合器件）或 CMOS 圖像傳感器，分辨率通常在 300-600dpi，確保捕捉填涂細節（如鉛筆濃度、墨水邊緣）。

- 掃描速度可達每秒 10-30 張選票，滿足大規模選舉效率需求。

光學透鏡組 - 聚焦光線至傳感器，校正圖像畸變，確保標記位置映射到像素坐標。

傳動機構 - 通過滾輪或傳送帶勻速輸送選票，避免掃描時抖動導致圖像模糊。

信號處理電路 - 將傳感器捕捉的模擬信號轉換為數字圖像數據（如 RGB 或灰度值），為后續算法處理做準備。

軟件算法：從識別精度到防篡改機制

1. 多重校驗算法架構

重復掃描比對：對每張選票進行至少 2 次獨立掃描（間隔 50ms），比對兩次圖像的像素差異，若標記區域灰度值偏差超過 15%，則觸發第三次掃描并人工介入（如日本選舉法要求對爭議票進行三次掃描）。

多特征融合判斷：結合填涂面積、邊緣輪廓、灰度梯度等多維度特征，采用加權投票機制（如面積占比權重 40%+ 邊緣匹配度權重 30%+ 濃度均勻性權重 30%），避免單一特征誤判（例：某區域面積達標但邊緣鋸齒狀，可能被判為 “無意涂抹”）。

機器學習模型迭代：利用歷史選舉的有效 / 無效票數據（如美國 EAC 公開的選票數據集）訓練 CNN 模型，對非標準標記（如超框填涂、輕描標記）的識別準確率提升至 99.2% 以上。

2. 防篡改與數據完整性保護

哈希值校驗：對每張選票的掃描圖像生成哈希值（如 SHA-256），存儲于區塊鏈節點或加密數據庫，任何圖像修改都會導致哈希值變更，可實時檢測數據篡改（如德國部分州采用區塊鏈存證選票圖像）。

軟件版本控制：讀票機操作系統與識別算法采用簽名固件更新機制，僅允許通過官方渠道推送的版本（附帶數字證書）安裝，防止惡意程序植入（如 2018 年美國佛羅里達州選舉前，對所有讀票機進行固件哈希值比對，攔截 3 臺異常設備）。