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。

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。

標記區域定位：鎖定選票上的有效選擇區

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

興趣區域（ROI）劃分：將選票圖像分割為多個獨立 ROI（如每個候選人對應一個矩形區域），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域導致誤判。

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。