選票讀票機（Vote Counting Machine）是用于自動化處理選舉選票、快速統計投票結果的電子設備，核心功能包括：

選票識別：讀取選票上的標記（如填涂、手寫符號、條形碼等），判斷選民選擇的候選人或選項。

數據統計：實時匯總選票數據，生成各候選人得票率、有效票 / 無效票數量等統計結果。

數據存儲與導出：保存原始選票數據和統計結果，支持導出至選舉管理系統或打印紙質報告。

異常檢測：識別重復投票、空白票、多選票等異常情況，并標記或報錯。

電子觸摸屏讀票機（Electronic Touchscreen）

原理：選民直接在觸摸屏上選擇候選人，機器實時記錄數據并生成電子選票。

特點：

操作直觀，減少人工誤差，但依賴電力和系統穩定性。

存在黑客攻擊或系統故障風險，需配合紙質備份（如 “選民驗證紙質審計軌跡” VVPAT）。

應用場景：美國部分州、巴西等電子化選舉場景。

圖像預處理：優化原始掃描數據

灰度化處理：將彩色圖像轉換為灰度圖，突出標記與背景的亮度差異（如鉛筆填涂區域灰度值較低）。

二值化轉換：通過設定閾值（如灰度值低于 128 視為標記），將圖像轉化為黑白二值圖，簡化后續計算（例：填涂框內黑色像素占比≥30% 視為有效標記）。

噪聲過濾：利用中值濾波、高斯濾波等算法，消除紙張污漬、折疊陰影等干擾（如去除面積小于 10 像素的孤立黑點）。

幾何校正：通過檢測選票邊緣的定位標記（如 registration marks），校正因傳送歪斜導致的圖像旋轉或縮放，確保標記位置與預設模板對齊。

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）。