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。

為確保選舉公正，讀票機需具備以下技術(shù)與措施：

1. 防篡改與加密技術(shù)

數(shù)據(jù)傳輸加密（如 SSL/TLS 協(xié)議），防止中途篡改。

區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用：部分試點項目通過區(qū)塊鏈記錄選票數(shù)據(jù)，確保不可篡改（如西弗吉尼亞州區(qū)塊鏈投票試驗）。

2. 冗余與審計機制

紙質(zhì)選票備份：電子讀票機需配合紙質(zhì)選票，供人工審計或系統(tǒng)故障時使用。

雙重計數(shù)驗證：部分系統(tǒng)采用兩臺讀票機獨立計數(shù)，結(jié)果一致才確認有效。

3. 抗干擾與穩(wěn)定性設(shè)計

防電磁干擾：設(shè)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(wǎng)絡(luò)中斷時離線計數(shù)，恢復(fù)后同步數(shù)據(jù)。

4. 用戶驗證與權(quán)限控制

操作員身份認證：僅授權(quán)人員可訪問系統(tǒng)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(shù)，防止偽造選票。

核心硬件架構(gòu)：光學(xué)識別的物理基礎(chǔ)

光學(xué)掃描式讀票機的硬件系統(tǒng)主要由以下部分構(gòu)成，共同實現(xiàn)選票標記的捕捉與轉(zhuǎn)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(qū)域反光差異明顯。

- 部分設(shè)備配備多波長光源，適應(yīng)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(jié)（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(guī)模選舉效率需求。

光學(xué)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(gòu) - 通過滾輪或傳送帶勻速輸送選票，避免掃描時抖動導(dǎo)致圖像模糊。

信號處理電路 - 將傳感器捕捉的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像數(shù)據(jù)（如 RGB 或灰度值），為后續(xù)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(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）。