電子觸摸屏讀票機(jī)（Electronic Touchscreen）

原理：選民直接在觸摸屏上選擇候選人，機(jī)器實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)并生成電子選票。

特點(diǎn)：

操作直觀，減少人工誤差，但依賴電力和系統(tǒng)穩(wěn)定性。

存在黑客攻擊或系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)，需配合紙質(zhì)備份（如 “選民驗(yàn)證紙質(zhì)審計(jì)軌跡” VVPAT）。

應(yīng)用場(chǎng)景：美國(guó)部分州、巴西等電子化選舉場(chǎng)景。

核心硬件架構(gòu)：光學(xué)識(shí)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(zhǎng)光源，適應(yīng)不同墨水（如熒光墨水）的識(shí)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(dòng)機(jī)構(gòu) - 通過(guò)滾輪或傳送帶勻速輸送選票，避免掃描時(shí)抖動(dòng)導(dǎo)致圖像模糊。

信號(hào)處理電路 - 將傳感器捕捉的模擬信號(hào)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。

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(biāo)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(guò)設(shè)定閾值（如灰度值低于 128 視為標(biāo)記），將圖像轉(zhuǎn)化為黑白二值圖，簡(jiǎn)化后續(xù)計(jì)算（例：填涂框內(nèi)黑色像素占比≥30% 視為有效標(biāo)記）。

噪聲過(guò)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(diǎn)）。

幾何校正：通過(guò)檢測(cè)選票邊緣的定位標(biāo)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(biāo)記位置與預(yù)設(shè)模板對(duì)齊。

典型技術(shù)挑戰(zhàn)與解決方案

挑戰(zhàn)場(chǎng)景 技術(shù)應(yīng)對(duì)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(duì)不同墨水（鉛筆、藍(lán)黑墨水、熒光筆）調(diào)整檢測(cè)波長(zhǎng)。

- 機(jī)器學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練：用歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練分類器，區(qū)分不同墨水材質(zhì)的標(biāo)記。

選票折疊或污漬干擾 - 圖像修復(fù)算法：通過(guò)插值法填充折疊造成的圖像缺失區(qū)域。

- 污漬識(shí)別模型：用深度學(xué)習(xí)區(qū)分 “人為標(biāo)記” 與 “自然污漬”（如咖啡漬形狀通常更不規(guī)則）。

非標(biāo)準(zhǔn)填涂（如超框、輕描） - 彈性閾值設(shè)定：根據(jù)填涂中心位置，允許標(biāo)記超出框線一定范圍（如框線外 5 像素內(nèi)仍算有效）。

- 概率化判定：結(jié)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(biāo)記），而非非黑即白的判斷。

選票格式變更（如新版選票） - 動(dòng)態(tài)模板配置：允許管理員導(dǎo)入新選票模板，自動(dòng)更新 ROI 區(qū)域坐標(biāo)與標(biāo)記規(guī)則，無(wú)需修改底層算法。