光學(xué)掃描式讀票機(jī)（Optical Scan）
原理：通過(guò)光學(xué)傳感器掃描選票上的標(biāo)記（如鉛筆填涂、墨水筆勾選），利用圖像識(shí)別技術(shù)判斷選民選擇。
特點(diǎn)：
成本較低，兼容紙質(zhì)選票，適合大規(guī)模選舉。
需選票格式標(biāo)準(zhǔn)化（如固定位置的填涂框）。
應(yīng)用場(chǎng)景：美國(guó)大選、印度議會(huì)選舉等大規(guī)模紙質(zhì)選票選舉。
特征提取與判斷：識(shí)別選民的選擇意圖
根據(jù)選票標(biāo)記類(lèi)型（填涂、勾選、手寫(xiě)符號(hào)等），算法采用不同的特征提取策略：
（1）填涂標(biāo)記識(shí)別（常見(jiàn)場(chǎng)景）
面積占比法：計(jì)算填涂框內(nèi)黑色像素占比，超過(guò)閾值（如 30%-50%）則判定為有效選擇。
例：選民使用 2B 鉛筆填涂候選人 A 的方框，掃描后該區(qū)域黑色像素占比達(dá) 45%，算法判定為有效投票。
邊緣檢測(cè)法：通過(guò) Canny 或 Sobel 算子檢測(cè)填涂區(qū)域的邊緣輪廓，與標(biāo)準(zhǔn)填涂形狀（如矩形、圓形）比對(duì)，排除不規(guī)則標(biāo)記（如筆尖打滑形成的短線）。
濃度梯度分析：填涂越均勻的區(qū)域，灰度值分布越集中，算法可通過(guò)統(tǒng)計(jì)像素灰度方差來(lái)區(qū)分 “認(rèn)真填涂” 與 “輕微觸碰”。
（2）勾選或手寫(xiě)符號(hào)識(shí)別
形態(tài)學(xué)分析：通過(guò)膨脹、腐蝕等形態(tài)學(xué)運(yùn)算，將勾選符號(hào)（√）或手寫(xiě)標(biāo)記（如 “○”）轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)形狀，再與預(yù)設(shè)模板匹配。
方向特征提取：對(duì)于斜線標(biāo)記（如 “/”），計(jì)算像素分布的梯度方向，判斷是否符合 “勾選” 的典型角度（如 45° 或 135°）。
（3）異常標(biāo)記檢測(cè)
多選判定：同一候選區(qū)域內(nèi)檢測(cè)到多個(gè)標(biāo)記（如同時(shí)填涂?jī)蓚€(gè)候選人框），或單票標(biāo)記數(shù)超過(guò)規(guī)定（如總統(tǒng)選舉多選 1 人），則判定為無(wú)效票。
空白票識(shí)別：所有候選區(qū)域標(biāo)記面積均低于閾值，判定為未投票。
4. 結(jié)果驗(yàn)證與輸出：確保計(jì)數(shù)準(zhǔn)確性
重復(fù)校驗(yàn)：對(duì)關(guān)鍵標(biāo)記區(qū)域進(jìn)行多次掃描（如兩次獨(dú)立圖像采集），結(jié)果一致才確認(rèn)有效。
人工復(fù)核接口：對(duì)算法判定存疑的選票（如填涂面積接近閾值、標(biāo)記形狀模糊），生成圖像供選舉工作人員人工審核（如美國(guó)部分州要求對(duì) “爭(zhēng)議票” 進(jìn)行人工查驗(yàn)）。
數(shù)據(jù)輸出：將識(shí)別結(jié)果轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（如候選人 ID、得票數(shù)），同步至中央數(shù)據(jù)庫(kù)或打印紙質(zhì)統(tǒng)計(jì)表。
選票預(yù)處理：通過(guò)紅外光源掃描選票，生成灰度圖像，同時(shí)檢測(cè)選票邊緣的定位孔（registration holes）以校準(zhǔn)位置。
區(qū)域劃分：根據(jù)選票模板，將圖像劃分為總統(tǒng)候選人區(qū)、參議員區(qū)、公投議題區(qū)等獨(dú)立 ROI。
填涂分析：對(duì)每個(gè)候選人對(duì)應(yīng)的橢圓填涂框，計(jì)算黑色像素占比，超過(guò) 35% 則判定為有效投票。
異常標(biāo)記處理：若同一總統(tǒng)候選人區(qū)檢測(cè)到 2 個(gè)及以上有效填涂，系統(tǒng)標(biāo)記為 “多選票”（overvote），該區(qū)域投票無(wú)效。
數(shù)據(jù)同步：每臺(tái)讀票機(jī)實(shí)時(shí)將計(jì)數(shù)結(jié)果通過(guò)加密網(wǎng)絡(luò)傳輸至選區(qū)服務(wù)器，同時(shí)保存原始圖像供事后審計(jì)（如 2020 年佐治亞州重新計(jì)票時(shí)，人工核對(duì)了掃描圖像與紙質(zhì)選票）。
全流程質(zhì)量控制節(jié)點(diǎn)
階段 具體措施
選舉前 - 模擬測(cè)試：用至少 1000 張包含各類(lèi)邊緣場(chǎng)景的模擬選票（如重度折疊票、墨水滲透票、輕微填涂票）進(jìn)行壓力測(cè)試，識(shí)別錯(cuò)誤率需＜0.01% 方可上線。
- 第三方認(rèn)證：通過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（如美國(guó) FEC 的投票系統(tǒng)認(rèn)證、ISO 25010 軟件質(zhì)量模型）的合規(guī)性審計(jì)。
選舉中 - 實(shí)時(shí)異常報(bào)警：當(dāng)連續(xù) 5 張選票出現(xiàn) “多選” 或 “空白票” 比例超過(guò)歷史均值 2 倍時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)暫停并提示工作人員檢查（如巴西大選讀票機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控 dashboard）。
- 雙人員工值守：每臺(tái)讀票機(jī)需 2 名選舉工作人員同時(shí)在場(chǎng)，一人操作、一人復(fù)核，避免單人誤操作。
選舉后 - 人工抽樣審計(jì)：按選區(qū)隨機(jī)抽取 5%-10% 的紙質(zhì)選票與掃描數(shù)據(jù)比對(duì)，誤差率超過(guò) 0.5% 時(shí)啟動(dòng)全量重新計(jì)票（如 2020 年美國(guó)亞利桑那州審計(jì)中，人工復(fù)核 5000 張選票，機(jī)器計(jì)數(shù)準(zhǔn)確率為 99.87%）。
- 審計(jì)日志留存：記錄每臺(tái)讀票機(jī)的開(kāi)機(jī)時(shí)間、掃描張數(shù)、異常處理記錄等，保存至少 22 個(gè)月（符合美國(guó) HAVA 法案要求）。
