選票讀票機(jī)（Vote Counting Machine）是用于自動化處理選舉選票、快速統(tǒng)計投票結(jié)果的電子設(shè)備，核心功能包括：

選票識別：讀取選票上的標(biāo)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(xiàng)。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計：實(shí)時匯總選票數(shù)據(jù)，生成各候選人得票率、有效票 / 無效票數(shù)量等統(tǒng)計結(jié)果。

數(shù)據(jù)存儲與導(dǎo)出：保存原始選票數(shù)據(jù)和統(tǒng)計結(jié)果，支持導(dǎo)出至選舉管理系統(tǒng)或打印紙質(zhì)報告。

異常檢測：識別重復(fù)投票、空白票、多選票等異常情況，并標(biāo)記或報錯。

為確保選舉公正，讀票機(jī)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(diǎn)項(xiàng)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(yàn)）。

2. 冗余與審計機(jī)制

紙質(zhì)選票備份：電子讀票機(jī)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(yàn)證：部分系統(tǒng)采用兩臺讀票機(jī)獨(dú)立計數(shù)，結(jié)果一致才確認(rèn)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?jǐn)嚯娀蚓W(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(yàn)證與權(quán)限控制

操作員身份認(rèn)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。

特征提取與判斷：識別選民的選擇意圖

根據(jù)選票標(biāo)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(biāo)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(dá) 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(biāo)準(zhǔn)填涂形狀（如矩形、圓形）比對，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，算法可通過統(tǒng)計像素灰度方差來區(qū)分 “認(rèn)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(yùn)算，將勾選符號（√）或手寫標(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?。簩τ谛本€標(biāo)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(biāo)記檢測

多選判定：同一候選區(qū)域內(nèi)檢測到多個標(biāo)記（如同時填涂兩個候選人框），或單票標(biāo)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(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：確保計數(shù)準(zhǔn)確性

重復(fù)校驗(yàn)：對關(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（如美國部分州要求對 “爭議票” 進(jìn)行人工查驗(yàn)）。

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。

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）。