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。

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。

選票預處理：通過紅外光源掃描選票，生成灰度圖像，同時檢測選票邊緣的定位孔（registration holes）以校準位置。

區域劃分：根據選票模板，將圖像劃分為總統候選人區、參議員區、公投議題區等獨立 ROI。

填涂分析：對每個候選人對應的橢圓填涂框，計算黑色像素占比，超過 35% 則判定為有效投票。

異常標記處理：若同一總統候選人區檢測到 2 個及以上有效填涂，系統標記為 “多選票”（overvote），該區域投票無效。

數據同步：每臺讀票機實時將計數結果通過加密網絡傳輸至選區服務器，同時保存原始圖像供事后審計（如 2020 年佐治亞州重新計票時，人工核對了掃描圖像與紙質選票）。

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）。