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(dǎo)電標記（如特殊墨水填涂），形成電路導(dǎo)通來識別選擇。

特點：

識別速度快，但對選票材質(zhì)和標記墨水要求高。

易受污漬、折疊影響，應(yīng)用場景較窄。

標記區(qū)域定位：鎖定選票上的有效選擇區(qū)

模板匹配：讀票機內(nèi)置選票格式模板，通過檢測預(yù)設(shè)的定位點（如角點、條形碼）確定候選人選項框、政黨符號等區(qū)域的坐標范圍。

興趣區(qū)域（ROI）劃分：將選票圖像分割為多個獨立 ROI（如每個候選人對應(yīng)一個矩形區(qū)域），減少全局分析的計算量。

示例：美國大選使用的 “蝶形選票”（Butterfly Ballot）中，讀票機通過模板定位左右兩列候選人姓名旁的填涂框，避免因選民誤填相鄰區(qū)域?qū)е抡`判。

典型技術(shù)挑戰(zhàn)與解決方案

挑戰(zhàn)場景 技術(shù)應(yīng)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(diào)整檢測波長。

- 機器學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練：用歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練分類器，區(qū)分不同墨水材質(zhì)的標記。

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

- 污漬識別模型：用深度學(xué)習(xí)區(qū)分 “人為標記” 與 “自然污漬”（如咖啡漬形狀通常更不規(guī)則）。

非標準填涂（如超框、輕描） - 彈性閾值設(shè)定：根據(jù)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(nèi)仍算有效）。

- 概率化判定：結(jié)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(tài)模板配置：允許管理員導(dǎo)入新選票模板，自動更新 ROI 區(qū)域坐標與標記規(guī)則，無需修改底層算法。

軟件算法：從識別精度到防篡改機制

1. 多重校驗算法架構(gòu)

重復(fù)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(qū)域灰度值偏差超過 15%，則觸發(fā)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(jié)合填涂面積、邊緣輪廓、灰度梯度等多維度特征，采用加權(quán)投票機制（如面積占比權(quán)重 40%+ 邊緣匹配度權(quán)重 30%+ 濃度均勻性權(quán)重 30%），避免單一特征誤判（例：某區(qū)域面積達標但邊緣鋸齒狀，可能被判為 “無意涂抹”）。

機器學(xué)習(xí)模型迭代：利用歷史選舉的有效 / 無效票數(shù)據(jù)（如美國 EAC 公開的選票數(shù)據(jù)集）訓(xùn)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(shù)據(jù)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(qū)塊鏈節(jié)點或加密數(shù)據(jù)庫，任何圖像修改都會導(dǎo)致哈希值變更，可實時檢測數(shù)據(jù)篡改（如德國部分州采用區(qū)塊鏈存證選票圖像）。

軟件版本控制：讀票機操作系統(tǒng)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(shù)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(shè)備）。