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。

為確保選舉公正，讀票機需具備以下技術與措施：

1. 防篡改與加密技術

數據傳輸加密（如 SSL/TLS 協議），防止中途篡改。

區塊鏈技術應用：部分試點項目通過區塊鏈記錄選票數據，確保不可篡改（如西弗吉尼亞州區塊鏈投票試驗）。

2. 冗余與審計機制

紙質選票備份：電子讀票機需配合紙質選票，供人工審計或系統故障時使用。

雙重計數驗證：部分系統采用兩臺讀票機獨立計數，結果一致才確認有效。

3. 抗干擾與穩定性設計

防電磁干擾：設備硬件需通過電磁兼容性（EMC）測試，避免外界信號干擾。

離線模式：支持斷電或網絡中斷時離線計數，恢復后同步數據。

4. 用戶驗證與權限控制

操作員身份認證：僅授權人員可訪問系統后臺，操作記錄全程留痕。

選票防偽：通過水印、熒光油墨等物理防偽技術，防止偽造選票。

特征提取與判斷：識別選民的選擇意圖

根據選票標記類型（填涂、勾選、手寫符號等），算法采用不同的特征提取策略：

（1）填涂標記識別（常見場景）

面積占比法：計算填涂框內黑色像素占比，超過閾值（如 30%-50%）則判定為有效選擇。

例：選民使用 2B 鉛筆填涂候選人 A 的方框，掃描后該區域黑色像素占比達 45%，算法判定為有效投票。

邊緣檢測法：通過 Canny 或 Sobel 算子檢測填涂區域的邊緣輪廓，與標準填涂形狀（如矩形、圓形）比對，排除不規則標記（如筆尖打滑形成的短線）。

濃度梯度分析：填涂越均勻的區域，灰度值分布越集中，算法可通過統計像素灰度方差來區分 “認真填涂” 與 “輕微觸碰”。

（2）勾選或手寫符號識別

形態學分析：通過膨脹、腐蝕等形態學運算，將勾選符號（√）或手寫標記（如 “○”）轉換為標準形狀，再與預設模板匹配。

方向特征提取：對于斜線標記（如 “/”），計算像素分布的梯度方向，判斷是否符合 “勾選” 的典型角度（如 45° 或 135°）。

（3）異常標記檢測

多選判定：同一候選區域內檢測到多個標記（如同時填涂兩個候選人框），或單票標記數超過規定（如總統選舉多選 1 人），則判定為無效票。

空白票識別：所有候選區域標記面積均低于閾值，判定為未投票。

4. 結果驗證與輸出：確保計數準確性

重復校驗：對關鍵標記區域進行多次掃描（如兩次獨立圖像采集），結果一致才確認有效。

人工復核接口：對算法判定存疑的選票（如填涂面積接近閾值、標記形狀模糊），生成圖像供選舉工作人員人工審核（如美國部分州要求對 “爭議票” 進行人工查驗）。

數據輸出：將識別結果轉換為結構化數據（如候選人 ID、得票數），同步至中央數據庫或打印紙質統計表。

典型技術挑戰與解決方案

挑戰場景 技術應對措施

不同墨水的反光差異 - 采用多光譜光源（如紅光 + 紅外光），針對不同墨水（鉛筆、藍黑墨水、熒光筆）調整檢測波長。

- 機器學習模型訓練：用歷史數據訓練分類器，區分不同墨水材質的標記。

選票折疊或污漬干擾 - 圖像修復算法：通過插值法填充折疊造成的圖像缺失區域。

- 污漬識別模型：用深度學習區分 “人為標記” 與 “自然污漬”（如咖啡漬形狀通常更不規則）。

非標準填涂（如超框、輕描） - 彈性閾值設定：根據填涂中心位置，允許標記超出框線一定范圍（如框線外 5 像素內仍算有效）。

- 概率化判定：結合填涂位置、面積、濃度等多維度特征，給出 “有效概率”（如 80% 概率為有效標記），而非非黑即白的判斷。

選票格式變更（如新版選票） - 動態模板配置：允許管理員導入新選票模板，自動更新 ROI 區域坐標與標記規則，無需修改底層算法。