核心硬件架构：光学识别的物理基础

光学扫描式读票机的硬件系统主要由以下部分构成，共同实现选票标记的捕捉与转换：

硬件组件 功能描述

光源模块 - 通常采用 LED 光源（如红光、红外光），均匀照射选票表面，确保标记区域反光差异明显。

- 部分设备配备多波长光源，适应不同墨水（如荧光墨水）的识别需求。

图像传感器 - 多为 CCD（电荷耦合器件）或 CMOS 图像传感器，分辨率通常在 300-600dpi，确保捕捉填涂细节（如铅笔浓度、墨水边缘）。

- 扫描速度可达每秒 10-30 张选票，满足大规模选举效率需求。

光学透镜组 - 聚焦光线至传感器，校正图像畸变，确保标记位置映射到像素坐标。

传动机构 - 通过滚轮或传送带匀速输送选票，避免扫描时抖动导致图像模糊。

信号处理电路 - 将传感器捕捉的模拟信号转换为数字图像数据（如 RGB 或灰度值），为后续算法处理做准备。

图像预处理：优化原始扫描数据

灰度化处理：将彩色图像转换为灰度图，突出标记与背景的亮度差异（如铅笔填涂区域灰度值较低）。

二值化转换：通过设定阈值（如灰度值低于 128 视为标记），将图像转化为黑白二值图，简化后续计算（例：填涂框内黑色像素占比≥30% 视为有效标记）。

噪声过滤：利用中值滤波、高斯滤波等算法，消除纸张污渍、折叠阴影等干扰（如去除面积小于 10 像素的孤立黑点）。

几何校正：通过检测选票边缘的定位标记（如 registration marks），校正因传送歪斜导致的图像旋转或缩放，确保标记位置与预设模板对齐。

标记区域定位：锁定选票上的有效选择区

模板匹配：读票机内置选票格式模板，通过检测预设的定位点（如角点、条形码）确定候选人选项框、政党符号等区域的坐标范围。

兴趣区域（ROI）划分：将选票图像分割为多个独立 ROI（如每个候选人对应一个矩形区域），减少全局分析的计算量。

示例：美国大选使用的 “蝶形选票”（Butterfly Ballot）中，读票机通过模板定位左右两列候选人姓名旁的填涂框，避免因选民误填相邻区域导致误判。

争议票处理机制

可视化复核界面：读票机软件提供选票图像放大、灰度值可视化工具（如用热力图显示填涂浓度），工作人员可手动标记 “有效”“无效” 或 “待确认”（如加拿大联邦选举中，人工复核团队通过专用软件处理争议票）。

多轮仲裁流程：对人工复核仍存争议的选票（如填涂面积刚好卡在阈值边缘），由选区选举委员会 3 名成员投票决定，需至少 2 票同意方可判定有效性。