接觸式讀票機(jī)（Contact-based）

原理：通過物理接觸（如金屬觸點(diǎn)）檢測選票上的導(dǎo)電標(biāo)記（如特殊墨水填涂），形成電路導(dǎo)通來識別選擇。

特點(diǎn)：

識別速度快，但對選票材質(zhì)和標(biāo)記墨水要求高。

易受污漬、折疊影響，應(yīng)用場景較窄。

條形碼 / 二維碼讀票機(jī)

原理：選民通過填寫或掃描條形碼 / 二維碼選票，機(jī)器讀取編碼后解析投票信息。

特點(diǎn)：

數(shù)據(jù)精度高，可存儲更多信息（如選區(qū)、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。

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(jī)的硬件系統(tǒng)主要由以下部分構(gòu)成，共同實(shí)現(xiàn)選票標(biāo)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(biāo)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(xì)節(jié)（如鉛筆濃度、墨水邊緣）。

- 掃描速度可達(dá)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(biāo)記位置映射到像素坐標(biāo)。

傳動機(jī)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(zhǔn)備。

軟件算法：從識別精度到防篡改機(jī)制

1. 多重校驗(yàn)算法架構(gòu)

重復(fù)掃描比對：對每張選票進(jìn)行至少 2 次獨(dú)立掃描（間隔 50ms），比對兩次圖像的像素差異，若標(biāo)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(jìn)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(jī)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(dá)標(biāo)但邊緣鋸齒狀，可能被判為 “無意涂抹”）。

機(jī)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(biāo)準(zhǔn)標(biāo)記（如超框填涂、輕描標(biāo)記）的識別準(zhǔn)確率提升至 99.2% 以上。

2. 防篡改與數(shù)據(jù)完整性保護(hù)

哈希值校驗(yàn)：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(diǎn)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(shí)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(jī)操作系統(tǒng)與識別算法采用簽名固件更新機(jī)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(dá)州選舉前，對所有讀票機(jī)進(jìn)行固件哈希值比對，攔截 3 臺異常設(shè)備）。