光學(xué)掃描式讀票機（Optical Scan）

原理：通過光學(xué)傳感器掃描選票上的標記（如鉛筆填涂、墨水筆勾選），利用圖像識別技術(shù)判斷選民選擇。

特點：

成本較低，兼容紙質(zhì)選票，適合大規(guī)模選舉。

需選票格式標準化（如固定位置的填涂框）。

應(yīng)用場景：美國大選、印度議會選舉等大規(guī)模紙質(zhì)選票選舉。

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。

圖像預(yù)處理：優(yōu)化原始掃描數(shù)據(jù)

灰度化處理：將彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖，突出標記與背景的亮度差異（如鉛筆填涂區(qū)域灰度值較低）。

二值化轉(zhuǎn)換：通過設(shè)定閾值（如灰度值低于 128 視為標記），將圖像轉(zhuǎn)化為黑白二值圖，簡化后續(xù)計算（例：填涂框內(nèi)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(dǎo)致的圖像旋轉(zhuǎn)或縮放，確保標記位置與預(yù)設(shè)模板對齊。

特征提取與判斷：識別選民的選擇意圖

根據(jù)選票標記類型（填涂、勾選、手寫符號等），算法采用不同的特征提取策略：

（1）填涂標記識別（常見場景）

面積占比法：計算填涂框內(nèi)黑色像素占比，超過閾值（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 45%，算法判定為有效投票。

邊緣檢測法：通過 Canny 或 Sobel 算子檢測填涂區(qū)域的邊緣輪廓，與標準填涂形狀（如矩形、圓形）比對，排除不規(guī)則標記（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，算法可通過統(tǒng)計像素灰度方差來區(qū)分 “認真填涂” 與 “輕微觸碰”。

（2）勾選或手寫符號識別

形態(tài)學(xué)分析：通過膨脹、腐蝕等形態(tài)學(xué)運算，將勾選符號（√）或手寫標記（如 “○”）轉(zhuǎn)換為標準形狀，再與預(yù)設(shè)模板匹配。

方向特征提取：對于斜線標記（如 “/”），計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）異常標記檢測

多選判定：同一候選區(qū)域內(nèi)檢測到多個標記（如同時填涂兩個候選人框），或單票標記數(shù)超過規(guī)定（如總統(tǒng)選舉多選 1 人），則判定為無效票。

空白票識別：所有候選區(qū)域標記面積均低于閾值，判定為未投票。

4. 結(jié)果驗證與輸出：確保計數(shù)準確性

重復(fù)校驗：對關(guān)鍵標記區(qū)域進行多次掃描（如兩次獨立圖像采集），結(jié)果一致才確認有效。

人工復(fù)核接口：對算法判定存疑的選票（如填涂面積接近閾值、標記形狀模糊），生成圖像供選舉工作人員人工審核（如美國部分州要求對 “爭議票” 進行人工查驗）。

數(shù)據(jù)輸出：將識別結(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)庫或打印紙質(zhì)統(tǒng)計表。