I n d on e s ian   Jou r n al   o f   E lec t r ica l   E n gin e e r in a n d   Com p u t e r   S c ience   Vo l .   3 8 ,   N o .   2 M a y   20 2 5 ,   pp.   1 308 ~ 1 323   I S S N:  2 502 - 4 7 52 ,   DO I 10 . 11591/i j e e cs .v 3 8 . i 2 . pp 1 308 - 1 323             1308     Jou r n al  h o m e page ht tp: // ij e e cs . iaes c or e . c om   P la n t  l e af  d is e ase  d e t e c t io n  an d   c la ssi f ic at io n  u si n g a r t ific ia i n t e ll ig e n c e   t e c h n iq u e s:  a r e v i e w       K u s u m R R .   Raj k u m a r   1 D e pa r tm e nt   of  C S &E , R N S  I ns ti tu t e   of   T e c hn o l o g y A f f il ia t e d  t o  V is v e s v a r a y a   T e c hn o l o gi c a U ni ve r s it y B e la ga v i,   I ndi a   2 De pa r tm e nt   of  C S &E   ( C y b e r  S e c ur it y ) , R N S  I ns ti tu t e   of   T e c h no l o g y A f f il ia t e d t o  V is ve s v a r a y a   T e c hn o l o gi c a U ni ve r s it y ,   B e la ga v i,   I nd ia       Ar t ic l e   I n f o     AB S T RA CT   A r ti c le  h is tor y :   R e c e i ve J u l   23 ,   202 4   R e vi s e No v   8 202 4   A c c e pt e N o v   24 ,   202 4       Agr i cu l t u r i s   co rn e rs t o n o f   h u m an   ci v i l i zat i o n ,   p ro v i d i n g   b o t h   f o o d   a n d   ec o n o mi c   s t ab i l i t y .   W h i l e   n o t   n ece s s ari l y   fat al ,   l e af  d i s e as e s   ar e   c r u c i a l   t h re at   t o   p l an t   h e a l t h .   A cc u rat e   d e t ec t i o n   an d   c l as s i fi cat i o n   o d i s e as e s   i n   e arl y   s t ag e s   are   e s s en t i al   t o   m i n i mi z e   d a m a g e .   Man u al   i d e n t i f i c at i o n   c a n   b c h a l l en g i n g ,   an d   d e l a y s   i n   d e t ec t i o n   c an   l e a d   t o   c ro p   d e v as t at i o n .   Fo rt u n at el y ,   co m p u t e r - a i d ed   i m ag p ro ce s s i n g   o ff e rs   a   s o l u t i o n .   R e s e ar c h e rs   h av e   e x p l o r e d   s ev e ral   t ec h n i q u e s   fo d i s e as e   d e t ec t i o n   an d   c l as s i f i c at i o n   b y   u s ag e   o affec t e d   l e af  i m ag e s ,   m ak i n g   s i g n i f i c an t   p ro g re s s   o v e t i me .   H o w ev e r,   t h e r e 's   al w a y s   ro o m   f o i m p ro v eme n t .   Ma ch i n l e ar n i n g   (M L ),   d ee p   l e ar n i n g   (D L )   t ec h n i q u e s   h a v e   s h o w n   h o p e f u l   r e s u l t s .   ML ,   D L   ap p ro ac h e s   ac t   as   b l ack - b o x ;   e X p l a i n ab l e   A I   (X A I p ro v i d e s   cl e ar   e x p l an at i o n s   o n   d ec i s i o n s   m ad e   b y   t h e s e   b l a ck - b o x e s .   T h i s   s t u d y   a i m s   t o   p re s e n t   a   c o m p r e h en s i v r e v i ew   o n   p l an t   l e af  d i s e as d e t ec t i o n   a n d   c l as s i fi c at i o n   b y   me a n s   o ML ,   D L   a n d   X A I   me t h o d s   w i t h   an   o v e r v i ew   o f   t h o u t co me s   o f   e x i s t i n g   t ec h n i q u e s ,   s u mm ar i z e s   t h e i r   p e rf o r m an ce ,   e v a l u at i o n   me t ri c s ,   an d   an a l y s e s   t h c h a l l en g e s   i n   ex i s t i n g   s y s t em s ,   an d   o ffe rs   t h e   s t u d y 's   i n f e r e n ce s .   K e y w o r d s :   A gr i c u l t ur e     C l a s s if i c a t i o n   a n d e t e c t i o n     C o m put e r   v i s i o n   I m a ge   p r o c e s s i n g   P l a n t   l e a f   d i s e a s e       Th i s   i s   a n   o p en   a c ces s   a r t i c l u n d e r   t h CC  B Y - SA   l i cen s e.     C or r e s pon din A u th or :   K u s u m a   R     De pa r t m e n t   o f   C S & E ,   R NS  I n s t i t ut e   o f   T e c hn o l o gy ,   Af f il i a t e to  Vi s v e s va r a y a   T e c hn o l o g i c a l   U ni ve r s i t y   B e l a ga vi ,   K a r n a t a ka ,   I n d i a     E m a i l 1r n 22p c s 04. kus u m a @ r n s i t . a c . i n       1.   I NT RODU C T I ON   In   c ou n tr i e s   l i ke   I n di a ,   a g r i c ul tu r e   c on tr i b u te s   a   s i gn i f i c a n t l y   h i gh e r   s h a r e   a p p r ox i m a tel y   1 6 %   to  th e   g r os s   d om e s ti c   p r od u c ( G D P )   i n   c om pa r i s on   wi th   th e   4 %   of   gl ob a l   a v e r a g e   [ 1 ] .   I n di a   i s   a n   a g r i c ul tu r a l l y   b a s e c ou n tr y   a n d   a   l e a di n g   c on tr i b u to r   i n   a g r i c ul tu r a l   p r od u c e r s   o f   th e   e n t i r e   w or l d .   A g r i c ul tu r e   i s   th e   f or e m os i n c o m e   s ou r c e   a n d   c or n e r s ton e   f or   I n di a n   e c on om y .   A s   th e   p op ul a ti on   g r ow th   i s   i n c r e a s i n g   r a pi dl y   th e   d e m a n d   f or   f ood   i s   r a i s i n g .   T o   f ul f i l   th i s   n e e d ,   i n c r e a s i n g   c r op   p r od u c ti v i t y   a n d   pr o te c ti on   of   c r op s   p l a y s   a   p r i m e   r o l e .   Ho we v e r ,   c r o pr o duc t i vi t y   i s   s i g ni f i c a n t l y   a f f e c t e by   v a r i o us   pa r a m e t e r s   l i ke   c h a n ge   in  e nvi r o nm e n t a l   f a c t o r s   a n s pr e a o f   p l a n t   d i s e a s e s .   Un pr e d i c t a bl e   we a t h e r   pa tt e r n s   s i g nif i c a n t l i m pa c t   a gr i c u l t ur e   a n c a nn ot   b e   c o n t r o l l e by   h u m a ns .   D i s e a s e s   o f   p l a n t s   a r e   c o n d i t i o n s   c a u s e by   bi o t i c   f a c t or s   li ke   pa t h o ge n s b a c t e r i a ,   f u n g i ,   vi r us e s ,   m i c r o - or ga ni s m s ,   p e s t s m i t e s ,   s l ugs ,   m a mm a l s ,   r o de n t s ,   we e ds m o n o c ot s ,   di c o t s   a n a bi o t i c   f a c t o r s   l i k e   t e m pe r a t ur e   v a r i a t i o n ,   r a i nf a ll   a n h u mi d i t y ,   o r   n ut r i e n t   de f i c i e n c i e s   t h a a f f e c t   t h e   pr o duc t i vi t y   [ 2] .   F i gur e   s h o ws   t h e   f a c t o r s   c a us i n p l a n t   di s e a s e s .   A   m a j o r   c h a ll e n ge   i a gr i c u l t ur e   i s   p l a n t   d i s e a s e ,   l e a d i ng  to  s ub s t a n t i a l   l o s s e s   i n   c r o p   y i e l d,   qua l i t y ,   a n u l t i m a t e l y ,   e c o n o m i c   pr o duc t i vi t y .   I f   t h e   di s e a s e s   a r e   n ot  i de n t i f i e o n - t i m e ,   t h e n   t h e   d i s e a s e   o u t b r e a ks   i t   h a s   h a r m f u l   im pa c t   o n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52       P lant   leaf  dis e as e   de tec ti on  and  c las s if ication   us ing  ar ti f icial   int e ll igenc e     ( K us uma  R )   1309   t h e   f o o s e c ur i t y .   T h u s ,   e a r l y   d e t e c t i o n   o f   p l a n t   di s e a s e s   a c t s   a s   t h e   m a j o r   a r e a   o f   c o n c e r n   i n   a gr i c u lt ur e   a n d   it   i s   c r uc i a l   f o r   e f f e c t i v e ly   pr e v e n t i n a n c o n t r o l li n t h e i r   s pr e a [ 3] ,   [ 4 ] .           F i gur e   1 .   F a c to r s   c a us i n p l a n t   di s e a s e s       T y p i c a ll y ,   p l a n t s   a f f li c t e by   d i s e a s e   s h o s i g n s   of   vi s i b l e   m a r ks   o r   l e s i o n   o n   v a r i o us   pa r t s   o f   i t   l i k e   l e a f ,   f l o w e r ,   s t e m ,   f r u i t .   E v e r y   d i s e a s e   t e n ds   to  s ho a   di s t i n c t   vi s i b l e   pa tt e r n ,   a i d i ng  i n   i t s   uni que   d i a g n o s i s .   Ge n e r a ll y ,   t h e   l e a v e s   s e r v e   a s   t h e   f o r e m o s t   i n d i c a t o r s   o f   p l a n t   di s e a s e s ,   wi t h   s y m pt o m s   o f t e n   f i r s t   a ppe a r i n g   o n   t h e m .   P r e s e n t l y ,   m a n ua l   a n vi s u a l   i ns pe c t i o n   o f   d i s e a s e p l a n t s   i s   pe r f o r m e by   p l a n t   pa t h o l o gi s t   w i t h   his   e x pe r i e n c e   a n d i a g n o s e s   t h e   di s e a s e .   M a n u a l   i n s pe c t i o n   i s   t i m e - c o ns u mi ng  pr a c t i c e   a n a l s o   de pe n d s   o n   pr o f i c i e nc y   o f   pa t h o l o g i s t   i n   r e c o gni z i ng   d i s e a s e .   T h e   f a il ur e   t o   n ot i c e   d i s e a s e s   e a r l y   a n t a ke   t h e   m e a s ur e s   to   p r e v e n t   o u t   s pr e a c a n   be   a   de v a s t a t i n r e s u lt   a s   pl a n t   d i s e a s e s   a r e   hi g hly   c o n t a g i o us ,   whi c i n   t ur n   b ur de n s   a gr i c u l t ur e   pe r s o n n e l   f i na nc i a ll y   [ 5] .     A t   t h e   f o r e f r o n o f   a gr i c u l t ur a l   a d v a n c e m e n t s   i s   a ut o m a t i c   m o de l   c a n   us e   f o r   e a r l y   d i s e a s e   i de n t i f i c a t i o n .   M a c hi ne   l e a r ni ng   ( ML ) de e l e a r ni ng   ( DL ) e Xp l a i na bl e   A I   ( XA I )   t e c h ni que s   a r e   e m p l o y e d   i i de n t i f i c a t i o n   o f   p l a n t   d i s e a s e s   i n   e a r l i e s t   s t a ge   a n r e duc t i o n   o f   l o s s   w i t h   r e s pe c t   to   f a r m e r s .   A g r i c u l t ur e   f i e l d   i s   w i t n e s s i ng  a   f l o o f   M L ,   DL ,   a n XA I   a l go r i t hm   u s a ge   a s   a   s i g ni f i c a n t   s t e to wa r ds   ob t a i ni ng   pr e c i s i o n   i n   e a r l y   d e t e c t i o n T hi s   r e vi e pa pe r   l i s t s   c r o p - b a s e c o m m o n   p l a n t   l e a f   d i s e a s e s d i s c u s s e s   ge n e r a l   pr o c e s s   o f   d i s e a s e   de t e c t i o n   s y s t e m ,   a n s ur v e y s   t h e   l a n ds c a pe   o f   v a r i o us   M L ,   DL ,   a n X A I   a ppr o a c h e s   us e   f o r   e a r l y   de t e c t i o n   o f   p l a n t   d i s e a s e s .   T h e   a v a il a bl e   da t a s e t s   a r e   a na ly z e a n e x p l o r e d   t h e   pe r f o r m a n c e   e v a l ua t i o n   m e t r i c s   e m p l o y e to  a s s e s s   t h e s e   t e c h ni que s .   T h e   di f f e r e n t   c r o pl a n t s   wi ll   c o m e   a c r o s s   d i f f e r e n t   d i s e a s e s .   T h e   l i s t   o f   p l a n t s   c r o ps   a l o n w i t h   t h e i r   lea ve s   a r e   g i v e n   i n   T a bl e   1.       T a bl e   1.   C r o b a s e c o m m o n   d i s e a s e s   C r o p/ f r ui t   P o s s ib le   d is e a s e s     A ppl e   [ 6]   M a r s o ni na   L e a f   B l o tc h A ppl e   N e c r o s is   L e a ve s A ppl e   B la c R ot   A ppl e   F r o g e y e   L e a f   S p o t P o w de r y   M il de w A ppl e   S c a b C e da r  A ppl e  R us t A ppl e  M o s a ic L it tl e  B r o w n D o ts     C o r n/ M a iz e   [ 7 ] [ 8]   A nt hr a c n o s e   L e a f C o mm o R us t S o ut h e r R us t   E y e s p o t G r a L e a f   S p o t G o s s s  W il t C o r L e a f   B li ght T a r   S p o t   C he r r y   [ 9 ] [ 10]   L e a f   S p o t S il ve r   L e a f   C a nke r C o r y n e um  B li ght P o w de r M il de w P r unus  N e c r o t ic ,   R in gs p o V ir us   B a na na  [ 11]   P a na ma  W il t L e a f  S p o t -   Y e l l o w  S ig a t o ka B la c k S ig a t o ka   G r a p e  [ 12]   B la c k M e a s le s B la c k R o t I s a r i o ps is  L e a f  S p o t   G ua v a   [ 13]   A lg a le a f  S p o t R us t W hi te f l y   M a ngo   [ 14]   M a ngo   A nt hr a c n o s e G r a y   B l ig ht P o w de r y   M il d e w P h o m a   B li ght S c a b R e d R us t L e a f   B li ght B a c t e r ia C a nke r   C ir tu s   [ 15]   C a nke r B la c k S p o t H ua ngl o ngbi ng   P o ta t o   [ 16]   E a r l y  B l ig ht L a t e  B l ig ht   R ic e   [ 17]   B a c t e r ia L e a f  B l ig ht B r o w n S p o t R ic e   B la s t   S tr a w be r r y   [ 18]   L e a f   S c or c h   T oma to   [ 19]   B a c t e r ia S p o t E a r l y   B li ght L a t e   B li gh t L e a f   M o ld S e p t o r i a   L e a f   S p o t S pi d e r  M it e s T a r ge S p o t T o ma t o  M o s a ic  V ir us   Y e ll o w   L e a f  C ur V ir us       A   m u l t i - s t e pr o c e s s   us e to  i d e n t i f y   d i s e a s e s   a c c ur a t e l y   i s   s h o wn   b e l o w.   F i gur e   r e pr e s e n t s   t h e   ge n e r a l   a r c hi t e c t ur e   f o r   pl a n t   di s e a s e   r e c o gni t i o n   s y s t e m .     I m a ge   a c qu i s i t i o n p e r f o r m s   da t a s e t   c o l l e c t i o n   f o r   de t e c t i o n   o f   d i s e a s e s .   Da t a s e t s   c a n   b e   o b t a i n e by   s e l f - c o l l e c t i o n   o f   im a ge s   d i r e c t l y   f r o m   t h e   f i e l ds   o r   us e   t h e   publ i c ly   a v a il a bl e   da t a s e t s .       I m a ge   pr e - pr o c e s s i ng:  p re - pr o c e s s i n o f   i m a ge s   d o e s   n o i s e   r e m o v a l ,   a n us i n s t a n da r t e c hni que s   f e a t ur e   e n ha n c e m e n t   i s   a l s o   d o n e .   R e g i o n   o f   i n t e r e s t   i s   o b t a i n e by   im a ge   s e g m e n t a t i o n .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m S c i Vo l .   3 8 ,   N o .   2 M a y   20 2 5 :   1 308 - 1 323   1310     F e a t ur e   e x t r a c t i o n f ea t ur e s   r e l a t e to  a r e a ,   c e n tr o i ds ,   c o r r e l a t i o n ,   m o r ph o l o g y ,   c o l o r ,   s h a pe ,   t e x t ur e ,   wa v e l e t s ,   s i z e   a n t e x t ur a l   de s c r i pt o r s   a r e   e x t r a c t e d.     C l a s s if i c a t i o n i de n t i f i c a t i o n   a n c l a s s if i c a t i o n   o f   th e   d i s e a s e s   i s   pe r f o r m e t h r o ugh   di f f e r e n t   M L   a n DL   b a s e c l a s s i f i c a t i o n   a l go r i t hm s   [ 20] .   T d o   r e s e a r c h   t h e   e s s e n t i a l   pa r t   i s   da t a s e t   [ 20] .   D a t a s e i s   r e qu i r e f o r   t h e   tr a i ni n o f   M L ,   DL ,   XA I   a l go r i t hm s   f o r   t h e   a u to m a t e di s e a s e   de t e c t i o n .   B ot h   t h e   m a g ni t ude   a n e xc e ll e n c e   o f   a   da t a s e s i g nif i c a n t ly   im pa c t   t h e   r e s u l t   o f   d i s e a s e   a n a ly z i ng  a n c l a s s if i c a t i o n   m o de l s .   T h e   da t a s e t s   c a n   b e   ge ne r a t e t h r o ugh   pe r s o n a l   c o l l e c t i o n   o r   by   pu bli c ly   a v a il a bl e   d a t a s e t s   [ 21] .   T h e   s e l f - c o l l e c t i o n   o f   da t a s e t s   i nv o l v e s   us i n t he   ph o to gr a phy   us i n gr o un de c a m e r a s ;   dr o n e   b a s e a e r i a l   p h o t o g r a phy ,   s e n s o r - dr i v e n   da t a   c o l l e c t i o n   t h r o ugh   a n   I o T   n e t wor a n c a pt ur i n o f   im a ge s .   T he   va r i o us   a va i l a bl e   da t a s e t s   f o r   de t e c t i o n   m o de l s   f o r   p l a n t s   d i s e a s e s   [ 22] ,   [ 23]   a r e   s h o wn   i n   T a bl e   2 .           F i gur e   2.   A r c hi t e c t ur e   o f   p l a n t   di s e a s e   r e c o gni t i o n   s y s t e m       T a bl e   2 .   P ubl i c ly   a v a il a bl e   d a t a s e t s     R e f e r e nc e   D a ta s e w it h de s c r ip ti o n   S o u r c e   M o ha nt y   e al .   [ 24]   A li   [ 25]   P la nt V il la ge D a ta s e c o nt a in s   54303  im a g e s   of   14  c r o ps   c l a s s if ie pl a nt   d is e a s e s   di v id e d i nt o  38  c a t e g o r i e s .   K a ggl e   K o ur   e al .   [ 26]   P la nt a e K D a ta s e ha s  2157 im a ge s  of  e ig h di f f e r e nt  pl a nt s  di v i de d i n 16 s ubc la s s e s .   M e nde l e y   S in gh  e al .   [ 27]   K ha e al .   [ 28]   P la nt D oc P la nt D oc   ha s   2,598  im a ge s   of   13  pl a nt   v a r i e t y   w it 17  uni que   di s e a s e   c a te g or i e s .   G it hub   R a nj it a   et   al .   [ 29]   P la nt   P a th o l o g y   2021  -   F G V C 8:   D a ta s e ha s   3,651 R G B   im a ge s   w it f o li a r   di s e a s e s   of  a ppl e s . D a ta s e is  upda te d r o ughl y  w it h 23,000 a ppl e  i ma g e s  w it h a nno ta ti o n.    K a ggl e   P r a ja pa ti   e al .   [ 30]   C hi ka ti   e al .   [ 31]   U C I   R ic e   L e a f   D is e a s e s   D a ta s e t:   D a ta s e in c lu d e s   40  im a ge s   f r o a ll   r ic e   l e a f   di s e a s e  c a t e g o r i e s   U C  I r v in e  M a c hi n e   L e a r ni ng R e p o s it o r y   J G  e a l.   [ 32]   U z hi ns ki y   e al .   [ 33]   I ma ge   D a ta ba s e   of   P la nt   D is e a s e   S y mpt o ms   ( P D D B ) D a t a s e ha s   2326  im a ge s   c a pt ur in g t h e  di ve r s it y   of  171 dis e a s e s  a c r o s s  21 pla nt  v a r i e ti e s .   R e po s it or i o   D ig ip a th o s   B ha tt a r a i,   [ 34]   N e w   P la nt   D is e a s e s   D a ta s e ( A ugme nt e d ) 87000  R G B   i m a ge s   w it nor ma a nd  di s e a s e d l e a ve s  a r e  g r o upe d   a c r o s s  38 dis ti nc gr o ups / c la s s e s   K a ggl e   W ie s ne r - H a nks   e al .   [ 35]   S un  e al .   [ 36]   M a iz e   L e a f   ( N L B )   D a ta s e t:   D a ta s e c o nt a in s   18,222  im a ge s c a pt ur e in   f ie ld a nd  105,735 a nno ta ti o ns  b y  hu ma n e x p e r ts   c a te g o r iz e d i nt o  2 di s e a s e s   O pe n s of twa r e   f o unda ti o n   R a uf   e al .   [ 37]   H ua ng  et   al .   [ 38]   C it r us   D a ta s e t:   D a ta s e is   ma de   o f   C it r us   -   150  f r ui ts   im a ge s ,   609  le a v e s   im a ge s c a te g or i e s  i n bo th   f r ui ts  a nd l e a ve s . E ve r y  i ma g e  w a s  a nno ta te d   M e nde l e y   M in h D o   [ 39]   R ic e   D is e a s e s   I ma g e   D a ta s e t:   D a ta s e c o mpr is e   of   f o u r   c a t e g o r ie s 523  -   B r o w S p o t,   1488  -   H e a lt h y , 565  -   H is pa  a nd 779  -   L e a f   B la s im a ge s   K a ggl e   J e pkoe c   e al .   [ 40]   J M uB E N   D a ta s e ts T he   da ta s e c o nt a in s   22591  im a ge s   le a f   im a ge s   f r o A r a bi c a   c of f e e a nd  it   s h o w s   th r e e   s e ts   of   unhe a lt h y   l e a f   im a g e s   c a us e b y   C of f e e   R us t,   C e s c o s por a  a nd P homa .   M e nde l e y   O w o mugi s ha   e al [ 41]   I Y E R   [ 42]   C a s s a v a   D is e a s e   D a ta s e t:   D a ta s e in c lu d e   9430  i ma ge s   w it he a lt h y   a nd  4   c a te g or i e s   of   di s e a s e   -   B r o w S tr e a k,  M o s a i c B a c t e r ia B l ig ht   a nd  G r e e M it e .   I ma ge s  w e r e   c a pt ur e d b y  200  f a r m e r s  b y  ph o n e s . E x p e r ts  a nno t a te d t he   la be ls .   K a ggl e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52       P lant   leaf  dis e as e   de tec ti on  and  c las s if ication   us ing  ar ti f icial   int e ll igenc e     ( K us uma  R )   1311   2.   M E T HO D   T hi s   s e g m e n t   pr o vi de s   a   c o m pr e he n s i ve   r e vi e o n   r e c e n t   r e s e a r c h e s   do n e   by   M L ,   DL   a n XA I   a l go r i t hm s   i n   r e c o gni t i o n   a l o n w i t h   c l a s s if i c a t i o n   o f   p l a n t   l e a f   d i s e a s e s .     2 . 1.     M ac h in e   l e ar n in ap p r oac h e s   T hi s   s e g m e n t   p r o vi de s   r e vi e o f   t h e   m a j o r i t y   o f   r e gul a r ly   us e M L   a l go r i t hm s   l i ke   n a i ve   b a y e s   ( NB ) ,   K - n e a r e s t   n e i g hb o r s   ( K NN ) ,   s uppor t   v e c to r   m a c hi ne   ( S VM ) ,   de c i s i o n   t r e e   ( DT ) ,   r a n do m   f o r e s t   ( R F ) ,   e n s e m bl e   m od e l ,   a n d   l ogi s t i c   r e g r e s s i o n   ( L R )   i n   pl a n l e a f   di s e a s e   di a gn os i s   a n d   c a te g or i z a t i on   of   di s e a s e s .     S a vi t h a   e al .   [ 43 ] ,   a   m o de l   to  i d e n t i f y   f i ve   d i s t i n c di s e a s e s   t h a a f f e c t   pl a n t s ,   n a m e ly e a r l y   bl i g h t ,   m o s a i c   vi r u s ,   d o wn   m i l d e w,   whi t e   f ly ,   a n l e a f   m in e r   i s   de v e l o pe d .   M o de l   pe r f o r m s   i m a ge   pr e - pr o c e s s i ng  b y   c o n v e r t i n a l l   im a ge s   i n t g r a y s c a l e ,   t h e n   f o l l o we by   i m a ge   s e g m e n t a t i o n   us i n K - m e a ns   t e c hni que   to  r e m o v e   n o i s e s ,   a n f e a t ur e   e x t r a c t i o n   i s   c a r r i e d   out  by   gr a y   l e ve l   c o - o c c ur r e n c e   m a t r i x   ( GL C M )   a l go r i t hm   t h e n   K NN   c l a s s if i e r   c a t e gor i z e s   p l a n t   l e a v e s   i n t o   d i s t i n gu i s he c a t e go r y .   K NN   c l a s s if i e r   us e s   t r a i n   a n t e s r a t i o   80:20  o f   da t a s e t.   T h e   p r e d i c t i o n   a c c ur a c y   o f   m o de l   u s i ng  KN i s   98. 56%   wh e r e a s   e xi s t i n s y s t e m   S VM   i s   97. 6% .   T h e   li mi t a t i o n   f o un i s   o nl y   t y pe s   o f   d i s e a s e s   a r e   c a t e g o r i z e a n da t a s e t s   us e i s   o f   s m a ll   s i z e .   As   pe r   [ 44] ,   a n   A I   b a s e s y s t e m   w hi c h   do e s   d i s e a s e   de t e c t i o n   wa s   de ve l o pe d.   I t   m a ke s   us e   of   20 , 000  i m a ge s   w i t h   19  d i f f e r e n t   c l a s s e s .   Ga us s i a b l ur   t e c h ni que   i s   u s e t o   r e m o ve   n o i s e   i n   im a ge s   a n r e d,   gr e e n ,   bl u e   ( R GB )   i m a ge s   a r e   tr a n s l a t e i n t h ue ,   s a t ur a t i o n ,   v a l ue   ( HSV )   i m a ge s .   S e gm e n t a t i o i s   do n e   t h r o ugh   K - m e a n s   c l u s t e r i n g.   D a t a s e t   c o m pr i s e   b o t h   n o r m a l   a n d i s e a s e l e a ve s   w i t h   d i s e a s e s   l i k e   r us t ,   r ot ,   b a c t e r i a l   s po t s c or c h ,   bli g h t   l e a f ,   m o s a i c   vi r us   a n t a r ge t   s pot   f r o m   a pp l e ,   gr a pe ,   s tr a wb e r r y ,   c o r n ,   pot a to ,   a n t o m a t o .   T h e   a c c ur a c y   o b t a i n e by   d if f e r e n t   c l a s s if i e r s   i s   l o g i s t i c   r e gr e s s i o n - 66. 4% ,   K NN - 54. 5 % ,   S VM - 53. 4% ,   a n C NN - 98. 0%   r e s pe c t i ve l y .   T h e   m o de l   c a n   b e   e nh a nc e f o r   di s e a s e s   de t e c t i o n   o n   a e r i a l   p h o to s   o f   o r c h a r ds   a s   we l l   v i ne y a r d s   c a pt ur e by   dr o n e s .   K a ur   a n K a ur   [ 45] ,   v a r i o us   f us i o n   t e c hni que s   c o m bi ne   d i f f e r e n t   M L   a l go r i t hm s   i t h e   pr o j e c t e d   s y s t e m   whi c h   i n   t ur n   i m pr o v e s   t h e   a c c ur a c y   o f   t h e   d i s e a s e   de t e c t i o n   s y s t e m .   I m a ge s   a r e   pr e - pr o c e s s e by   HSV  t r a n s l a t i o n ,   a l o n w i t h   s e g m e n t a t i o n ,   a nd  t h e n   f e a t ur e   e x t r a c t i o n   i s   pe r f o r m e d,   c o n t i n ue by   d i m e n s i o na l i t y   r e duc t i o n   by   pr i nc i pa l   c o m po n e n t   a n a ly s i s   ( P C A ) .   Hy b r i f us i o n   m o de l   e m p l o y   X G B oo s a n d   D e c i s i o n   T r e e   t p e r f or m   c l a s s i f i c a t i on .   T h i s   h y b r i d   m od e l   ob tai n e d   a   r e m a r k a b l e   a c c u r a c y   of   1 0 0%   a g a i n s e x i s t i n g   C N N   m od e l   p r ov i d e s   a c c u r a c y   o f   9 9 . 0 6 % .   T h i s   m od e l   i n n o v a te s   t b ui l d   r ob u s a c c u r a te   s ol u t i on .     As   d i s c us s e i [ 46] ,   a   m o de l   i s   d e v e l o pe b a s e o n   c o m put e r   v i s i o n   ( C V)   a n M L   t e c hni que s I m a ge s   a r e   pr e - pr o c e s s e by   pe r f o r m i ng  t h e   gr a y s c a l e   c o nv e r s i o n ,   s m o ot hi n g,   bi n a r i z i ng  a n m o r ph o l o g i c a t r a n s f e r .   F o r e gr o un de t e c t i o n   a l o n w i t h   bi t w i s e   A ND   o n   bi na r i z e im a ge   p l u s   o r i g i na l   i m a g e   r e s u l t s   i R GB   i m a ge   o f   s e g m e n t e l e a v e s .   RG B   i m a ge   i s   tr a n s f o r m e to  HSV   c o l o r   s pa c e .   I m a ge   c h a r a c t e r i s t i c s   l i ke   c o l o r ,   s h a pe   a n t e x t ur e   a r e   e x t r a c t e d   us i n GL C M   a l go r i t hm A   m i xe m e t h o o f   c l a s s if i e r   r a n do m   de c i s i o f o r e s t   i s   us e f o r   c l a s s if i c a t i o n .   M o de l   i s   t e s t e d   5 - f o l d   f o r   m o r e   r o b us t n e s s   w i t h   r e s pe c t   to  to m a t o ,   p ot a to,   gr a pe s ,   a ppl e   a n c o r n   wi t h   s p l i t   o f   60 - 40   t r a i n   a n t e s da t a .   An   a v e r a ge   o f   93. 7%   a c c ur a c y   wa s   a c hi e ve d.   De m e r i t   i s   r e l a t e d i s e a s e s   f o r   o nl y   li mi t e c r o ps   we r e   i nv e s t i ga t e d.   Ha r a ka nna n a v a r   [ 47] ,   a u t h o r s   h a v e   pr e s e n t e a n   a ppr o a c h   to   i de n t i f y   t o m a t pl a n t   d i s e a s e s   us i ng   C a n ML   t e c hni que s .   T hi s   m o de l   pe r f o r m s   pr e - pr o c e s s i n o f   i m a ge s   by   gr a y s c a l e   c o n v e r s i o n ,   his to gr a m   e qua l i z a t i o n ,   k - m e a n s   c l us t e r i n g   a n t r a c i n o f   c o n t o ur .   T h e   f e a t ur e   e x t r a c t i o n   t a ke n   p l a c e   by   P C A ,   GL C M   a n d i s c r e t e   wa v e l e t   tr a n s f o r m   ( D W T ) .   T o m a t o   da t a s e t   wi t h   600  s a m p l e   im a ge s   we r e   t e s t e i n   t hi s   m o de us i n d i f f e r e n t   c l a s s if i e r s .   C l a s s i f i c a t i o n   i s   pe r f o r m e us i n d i f f e r e n t   c l a s s if i c a t i o n   a l go r i t hm s   l i k e   S VM C NN   a n K - NN .   M o de l   a c c u r a c y   a c hi e v e us i n S VM ,   K NN   a n C NN   i s   88% ,   97%   a n 99. 6 %   r e s pe c t i ve ly .   T hi s   m o de l   wa s   l im i t e t to m a t o - r e l a t e di s e a s e s   As   pe r   [ 48] ,   a   m o de l   i s   pr e s e n t e whi c h   us e s   t h e   i m a ge s   a n pe r f o r m s   g l o b a l   e x t r a c t i o n   o f   f e a t ur e s   a n l a b e l s   t h e   i m a g e s   i H5  f il e   f o r m a t .   R GB - HSV  c o n v e r s i o n   a n s e g m e n t a t i o n   i s   pe r f o r m e d   f o r   c o l o r   e x t r a c t i o n .   M o de l   us e s   h m o m e n t s ,   hi s to gr a m   o f   o r i e n t e gr a d i e n t s   ( HO G) Ha r a l i c t e x t ur e   f e a t ur e   de s c r i pt o r s .   Us a ge   o f   de s c r i pt o r s   r e s u l t e i n   f e a t ur e   v e c t o r   r e pr e s e n t a t i o n   o f   i m a g e .   On c e   a ll   t h e   f e a t ur e s   a r e   e x t r a c t e d   l a b e l s   a r e   a s s i g n e d.   L a b e l   E n c o de r   f un c t i o n   e nc o de s   t h e   l a b e l s   a n M i nM a x S c a l e r   f u n c t i o pe r f o r m s   n o r m a li z a t i o n   o f   i m a ge s .   T h e n   t h e   m o de l   s a ve s   t h e   f e a t ur e s   a n l a b e l s   i a n   H5  f il e   f o r m a t   us i n g   t h e   h 5p y   l i br a r y .   T hi s   o ut pu i s   f e in t Na i v e   B a y e s   to  c a r r y   o u t   c l a s s if i c a t i o n   o f   p l a n t   l e a f   d i s e a s e .   Ou t pu A c c ur a c y   i s   n o di s c us s e d .   P a ni gr a hi   e al [ 49] ,   t h e   pr o j e c t e d   m o de l   pe r f o r m s   c l a s s i f i c a t i o n   o f   m a i z e   l e a f   d i s e a s e s   us i ng   v a r i o us   s upe r vi s e M L   a l go r i t hm s .   M a i z e   l e a f   im a g e s   a r e   c o n v e r t e d   f r o m   R GB   to  Gr a y   s c a l e   i n   pr e - pr o c e s s i n g,   i m a ge   s e g m e n t a t i o n   do e s   L a b e l   e dge   de t e c t i o n   m e t h o d ,   R GB   f e a t ur e   e x t r a c t i o n   e x t r a c t s   c o l o r ,   s ha pe   a n t e x t ur e   f e a t ur e s .   M a i z e   da t a s e c o n t a i n s   3823  i m a g e s   w i t h   f o ur   c l a s s e s   a r e   s p l i t   i n t o   90:10   r a t i o   f o r   t r a i n - t e s t   i n   t h e   m o de l .   T h e   a c c ur a c y   o b t a i ne by   t h e s e   c l a s s i f i e r s   i s   S VM - 77. 56% ,   NB - 77. 46 % ,   K NN - 76. 16% ,   D T - 74. 35 % ,   a n R F - 79. 23% .   T h e   R F   c l a s s i f i e r   o u t pe r f o r m s   a m o n ot h e r s .   T hi s   m o de l   wa s   l im i t e d   to  m a i z e - r e l a t e d i s e a s e s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m S c i Vo l .   3 8 ,   N o .   2 M a y   20 2 5 :   1 308 - 1 323   1312   Ha t uwa l   e al .   [ 50] ,   a u t h o r s   h a v e   pr o p o s e t h e   w or whi c h   c l a s s if i e s   t h e   P l a n t V i l l a ge   da t a s e us i n g   d i f f e r e n t   c l a s s i f i e r s   a n c o m pa r e s   t h e   r e s u l t s .   C on t r a s t ,   c o r r e l a t i o n ,   e n t r o py ,   R GB   c o l o r   s t a n da r de vi a t i o a n i nve r s e   d i f f e r e n c e   m o m e n t s   f e a t ur e s   e x t r a c t i on   i s   do n e   by   Ha r a li c t e x t ur e   a l go r i t hm   u s i ng  GL C M .   T h e   t r a i n   a n t e s t   da t a   a r e   s pl i t   i n t o   r a t i o   o f   80:20.   C l a s s if i c a t i o n   i s   pe r f o r m e by   M L   c l a s s i f i e r s   li ke   S VM ,   R F ,   K NN   a n C NN .   C NN   h a s   o b t a i n e hi g h e s t   a c c ur a c y   o f   97. 89%   t h e n   R F - 87. 436% ,   S VM   - 78. 61 %   a n K NN - 76. 96%   r e s pe c t i v e ly .   L i mi t a t i o n   of   a l go r i t hm s   l i k e   gr i s e a r c h   i s   n o i n c o r po r a t e d   to  ge t   b e s t   v a l ue   o f   hy pe r   pa r a m e t e r s .   A c c o r d i n g   to   S e l va ku m a r   a n B a l a s u n d a r a m   [ 5 1] ,   a   m o de l   t o   c l a s s i f y   m a n go   l e a v e   d i s e a s e s   i s   pr e s e n t e d .   T h e   m o de l   us e s   m a n go   l e a v e s   im a ge s   take n   f r o m   P l a n t V i ll a ge   da t a s e t   wi t h   4335  i m a g e s .   I m a g e s   a r e   pr e - pr o c e s s e a n s e g m e n t e d.   I m a g e   da t a s e t   i s   s p i l t   up  i n t o   70:30   r a t i o s   f o r   tr a i n   a n t e s t   pr o p o s e .   D T ,   S VM ,   n e ur a l   ne t wor k,   a n l i ne a r   r e gr e s s i o n   a r e   us e to   c a t e gor i z e   m a n go   l e a f   im a ge s .   T h e   pe r f o r m a n c e   m e t r i c s   s uc h   a s   c l a s s if i c a t i o n   a c c ur a c y ,   a r e a   o f   c ur v a t ur e   ( A OC ) ,   pr e c i s i o n ,   F 1 - s c o r e   a n r e c a l l   a r e   f o un d Ne ur a l   n e t wo r k   o u t pe r f o r m s   a m o n a l l   w i t h   A O C - 0. 988,   a c c ur a c y - 0. 943,   F 1 - s c o r e - 0. 952 ,   p r e c i s io n - 0. 970   a n r e c a l l - 0. 937.   T hi s   m o de l   us e s   a n   e n s e m b l e   t e c hni que   ( s t a c k i n g)   o f   a l l   t h e   f o ur   a l go r i t hm s ,   whi c r e s ul t e d   i im pr o v e a c c ur a c y   o f   m o de l   by   98. 6%   a n f ur t h e r   A da m   o pt i mi z e r   i s   u s e i n   m o d e l   w hi c h   im pr o v e d   a c c ur a c y   t o   99 . 2% .   As   d i s c u s s e i [ 52] ,   a   m o de l   f o r   r i c e   d i s e a s e   pr e d i c t i o n   us i ng  Ha do o pl a t f o rm   i s   pr e s e n t e d .   M a p   R e duc e   f r a m e wo r i s   us e f o r   t h e   d i s e a s e   pr e d i c t i o n .   F e a t ur e   s e l e c t i o n s   by   M a ph a s e   a n c l a s s i f i c a t i o m o du l e   by   R e duc e   P h a s e   a r e   pe r f o r m e d.   S e t h e o r y - b a s e d   f e a t ur e   s e l e c t i o n   a l go r i t hm   pe r f o r m s   t h e   f e a t ur e   s e l e c t i o n   a n d i f f e r e n t   e n s e m b l e   c l a s s i f i e r   m a de   up  o f   A d a b o o s t ,   r a n do m   f o r e s a n b a gg i n i s   us e a s   t h e   b a s e   c l a s s i f i e r   a n m a j o r i t y   v ot i n pr i nc i p l e   be   e m p l o y e d   t ge t   t h e   u l t i m a t e   o u t pu t   o f   c l a s s if i c a t i o n .   M o de l   us e r i c e   l e a f   o f   da t a s e t   o f   500  i m a ge s   w i t h   f o ur   d i s e a s e s   a n a c hi e v e a c c ur a c y   o f   a b o ut  88. 19%   i n   r i c e   l e a f   d i s e a s e   de t e c t i o n .   Ge ne r a l i z e pr e d i c t i o n   m o de l   w a s   b u il t   f r o m   pr e s e n t e wo r k   whi c h   do e s   t h e   c l a s s if i c a t i o n   of   h u m a n   d i s e a s e   t oo  a n a c c ur a c y   a c hi e ve wa s   goo d.   T a bl e   3   ( s e e   a ppe n d i x)   s h o ws   t h e   s u m m a r y   o f   d i s c us s e M L   m o de l s .     2 .2 .     De e p   l e ar n in ap p r oac h e s   A   r e vi e o f   t h e   m a j o r i t y   r e pe a t e d l y   us e de e l e a r ni ng  a ppr o a c h e s   i n   p l a n t   di s e a s e   d i a g n o s i s   a n d   c l a s s if i c a t i o n   s uc h   a s   C NN ,   L e Ne t ,   l o n s h o r t - t e r m   m e m o r y   n e t wo r ks   ( L S T M s ) ,   Al e x Ne t ,   Goo gl e Ne t ,   R e s Ne t 50  a n I n c e p t i o n V3.     As   pe r   [ 53 ] ,   a u t h o r s   h a v e   a n t i c i pa t e a   m o de l   f o r   r e a l - t i m e   r e c o gni t i o n   o f   a pp l e   l e a f   d i s e a s e s   by  m e a ns   o f   e nh a n c e C NN .   B a s i c a ll y ,   c a pt ur e d   a pp l e   f o l i a r   pi c t ur e s   a r e   da t a   a ug m e n t a t i o n   a n a nnot a t e d   to  c r e a t e   a   l a r ge   f o l i a r   d i s e a s e   da t a s e t.   I n   t hi s   m o de l   pr e - pr o c e s s i ng  i s   pe r f o r m e to  m a ke   a l l   im a ge s   to  a   pa r t i c u l a r   s t a n da r s i z e .   M o de l   i s   pr e pa r e to   us e   hi e r a r c hi c a l   da t a   f o r m a t   v e r s i o n   ( HD F 5)   f i l e   f o r m a t .   L e Ne t   C NN   a r c hi t e c t ur e   pe r f o r m s   t h e   s ub - s a m p li ng  a n r e duc e f e a t ur e   m a p s ,   a n t h e n   c l a s s i f i c a t i o n   i s   pe r f o r m e by   m o de l   w hi c h   wa s   t r a i n e o n   M NI S T   da t a b a s e   w i t h   60000  t r a i ni ng  a n 10000  t e s t i n g   i m a ge s .   F e a t ur e s   a r e   e x t r a c t e us i n t e c hni que s   li ke   P C A ,   i n d e pe n de n t   c o m po n e n t   a n a ly s i s   ( I C A ) ,   p l us   l i ne a r   d i s c r i mi na n t   a n a ly s i s   ( L D A )   f o l l o w e by   M a x p oo l i ng.   C l a s s i f i c a t i o n   s a y s   w h e t h e r   t h e   l e a f   i s   he a l t hy   o r   unh e a l t hy .   M o de l   h a s   a c hi e v e a c c ur a c y   0. 95  a n pr e c i s i o n   0. 90  f o r   t h e   g i v e n   da t a s e t .     S e n gupt a   e al .   [ 54] ,   o p t i m a l   t r a i n e DL   ba s e L S T M   m o de l   i s   pr e s e n t e f o r   de t e c t i n d i s e a s e s .   I us e s   50, 000   i m a g e s   o f   va r i o us   c r o ps   c o n t a i ni ng  bot h   n o r m a l   a n i n f e c t e l e a v e s   f r o m   P l a n t V i ll a ge   da t a s e t.   H i s t o gr a m   e qua li z a t i o n   pe r f o r m s   da t a   pr e - pr o c e s s i ng.   S t a t i s t i c a l   f e a t ur e s ,   L GP  a n c o l o r   f e a t ur e s   a r e   e x t r a c t e d.   S e l f - im pr o v e bl ue   m o n ke y   o pt i mi z a t i o n   ( S I - B M O)   a l go r i t hm   o pt i mi z e s   t h e   we i g h t   i n   t h e   L S T M   c l a s s if i e r .   Opt i mi z e L S T M   pe r f o r m s   t h e   de t e c t i o n   a n c l a s s if i c a t i o n .   T h e   pe r f o r m a n c e   o f   a do pt e L S T M   +   SI - B M wa s   a n a l y s e s   o v e r   ot h e r   c l a s s if i e r s   C N N,   S VM ,   de e p   b e l i e f   n e t wo r ks   ( DB N)   a n ga t e d   r e c ur r e n uni t s   ( GR U)   a n i t   o u t pe r f o r m e o v e r   t h e m .   L S T M   wi t h   o p t i mi z a t i o n   ha s   a c hi e v e a c c ur a c y   0. 944262  wh e r e a s   L S T M   w i t h   n o   o p t i mi z a t i o n   h a s   a c hi e v e a n   a c c ur a c y   o f   0. 739268.     De put y   e al [ 55] ,   a n   a uto m a t e d   i m a ge   r e c o gni t i o n - b a s e d i s e a s e   d i a g n o s i s   s y s t e m   ba s e o n   de e p   l e a r ni ng  t e c h ni que s   i s   de v e l o pe d.   F e a t ur e   e x t r a c t i o n   d o n e   by   t wo  wa y s .   I n   f i r s t   t e c h ni que   i m a g e   pr o c e s s i n g   m e t h o do l o g i e s   pe r f o r m s   f e a t ur e s   e x t r a c t i o n   o f   c o l o r ,   s ha pe   a n t e x t ur e ,   HO G,   s pe e de d - up  r o b us t   f e a t ur e s   ( S UR F ) ,   a r e   e x t r a c t e d .   I n   s e c o n m e t h o Al e x N e t s   pr e - t r a i n e D L   m o de l   e x t r a c t s   f e a t ur e .   Ga t h e r i n o f   f e a t ur e s   i s   do n e   by   b a c pr o pa ga t i o n   i n   n e ur a l   ne t wo r k   ( B P NN )   a l go r i t hm .   M o de l   us e s   P l a n t V i ll a ge   da t a s e t.   T r a i ni ng  f r o m   s c r a t c h   a n t r a n s f e r   l e a r ni ng  us i ng  DL   a r c hi t e c t ur e s   l i ke   Al e x N e t ,   R e s Ne t 50 ,   I n c e pt i o n V3  a n d   Goo gl e Ne t   wa s   pe r f o r m e d .   L e a v e s   w i t h   c o l o r ,   gr a y s c a l e   a n s e g m e n t e we r e   us e f o r   t r a i ni ng .   Al l   t h e   m o de l s   we r e   a bl e   to  h a n d l e   t h e   a ppr o a c h   o f   t r a i nin f r o m   s c r a t c h ,   wh e r e a s   R e s Ne t 50  a n I n c e pt i o nV3  we r e   a bl e   t h a n d l e   t h e   a ppr o a c h   o f   tr a n s f e r   l e a r ni ng.   M o de l   us e s   d i f f e r e n t   da t a s e r a t i o s   l i k e   90:10,   80: 20,   70:30   a n 60:40  f o r   t r a i n   a n t e s t i n g.   W i t h   90:10  t r a i n - t e s t s   r a t i o   hi g h e s t   a c c ur a c y   a c hi e v e by   Go o gL e Ne a r c hi t e c t ur e   wa s   0. 999   a n 0. 996   f o r   c o l o r   a n s e g m e n t e i m a ge s   r e s pe c t i ve ly ,   a n 0. 994  f o r   g r a y s c a l e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52       P lant   leaf  dis e as e   de tec ti on  and  c las s if ication   us ing  ar ti f icial   int e ll igenc e     ( K us uma  R )   1313   im a ge s   by   I n c e pt i o n V3.   All   t he   a r c hi t e c t ur e s   a c hi e v e m a xim u m   F 1 - s c o r e   1 . f o r   c o l o r ,   s e gm e n t e i m a ge s .   Goo gl e Ne t   a n I n c e pt i o nV3  a c hi e ve 0. 999  F 1 - s c o r e   f o r   gr a y s c a l e   i m a g e s .     P a ds he tt y   a n Am b i ka   [ 56] ,   a ut h or s   pr o p o s e   l e a k y   r e c t i li n e a r   r e s i dua l   n e t wor ( L R R N)   m o de l .   L e a v e s   f o r   tr a i ni ng - t e s t i n a r e   o b t a i n e f r o m   P l a n t V i ll a ge   da t a s e t .   R e s i z i ng  a n s c a li ng,   da t a   a ugm e n t a t i o a n n o i s e   r e duc t i o n   a r e   pe r f o r m e i n   da t a   pr e - pr o c e s s i n p h a s e .   C o l o r ,   s t r uc t u r e ,   t e x t u r e   a n s i z e   a r e   t h e   f e a t ur e s   t h a t   a r e   e x t r a c t e d.   R e s Ne a r c hi t e c t ur e   wa s   i n t e gr a t e wi t h   L e a k y   R e L a c t i v a t i o n   f u nc t i o n   t c l a s s if y   d i s e a s e s .   T h e   o ut c o m e   o f   L R R m o de l   is   c o m p a r e w i t h   hy b r i r a n do m   f o r e s t   m u l t i c l a s s   s uppo r v e c t o r   m a c hi ne   ( HR F - M C S VM ) ,   m u l t i - f e a t ur e   f us i o n   f a s t e r   r e gi o n - b a s e c o nv o l ut i o na l   n e ur a n e t wor k   ( M F 3R - C NN ) ,   o pt i m a l   m o bil e   n e t wo r k - b a s e c o nv o l ut i o n a l   n e ur a l   n e t wor ( OM N - C NN ) ,   a n c o nvo l ut i o n a l   n e ur a l   n e t wo r k - b a s e vi s u a l   g e o m e t r y   gr o up  19  ( C NN - VG G19) .   T h e   L R R m o de l   a c hi e ve s   a c c ur a c y - 94. 56% ,   pr e c i s i o n - 93. 48% ,   r e c a l l - 93. 12% ,   F 1‐ s c or e - 93. 82% ,   a n s pe c i f i c i t y - 92. 58%   t h a t   o u tper f o r m s   w h e c o m pa r e w i t h   ot h e r   m o de l s .     As   pe r   [ 57] ,   c o n v o l ut i o n a l   n e ur a l   n e t wo r k - b a s e s que e z e   a n e xc i t a t i o n   n e t wo r ( S E Ne t - C NN )   m o de l   do e s   c l a s s i f i c a t i o n   o f   pot a to  l e a f   d i s e a s e s .   I ni t i a ll y   da t a   i s   c o l l e c t e i n   da t a   a c qui s i t i o n   pha s e   f o l l o we d   by   da t a   a nn o t a t i o n   a n a ug m e n t a t i o n .   I m a ge   r e s i z i n a n n o i s e   r e duc t i o n   i s   pe r f o r m e i im a ge   pr e - pr o c e s s i n ph a s e .   I m pr o v e m e d i a n   f il t e r   i s   us e to   n o i s e   r e m o v a l .   C l a s s if i c a t i o n   i s   do n e   us i n vi s ua l   ge o m e t r y   gr o up - VG G16  c o n v o l ut i o n a l   l a y e r s   us e s   R e L a c t i v a t i o n   f u n c t i o n   f o l l o we my   M a x po o l i n a l o n g   w i t h   i nc e pt i o n   a n S E   bl o c k,   t h e n   a v e r a ge   po l li n a n S o f t M a x .   E x pe r i m e n t s   a r e   c a r r i e o u t   us i ng  Da t a s e 38,   Da t a s e t   15 ,   a n P l a n t V i l l a ge   da t a s e t .   P e r f o r m a n c e   o f   S E Ne t - C NN   c l a s s if i c a t i o n   m o de l   i s   c o m pa r e w i t S VM ,   VG G - 16  C NN ,   de e c o n v o l ut i o n a l   ne ur a l   n e t wor ks   ( DC NN ) ,   m a s r e g i o n - b a s e d   C NN   ( M a s k - C NN ) ,   1 - d i m e n s i o n a l   C NN   ( 1D - C NN ) ,   S h a l l o w - C NN .   T h e   pr o p o s e S E Ne t - C NN   m o de l   ha s   s upe r i o r   f l e xi b i li t y   w i t h   c h a n g i ng  im a ge s   a n a c hi e v e hi g h e s t   a c c ur a c y   o f   99. 3% .   B a l a j i   e al [ 58] ,   a   m o de l   w i t h   t r a n s f e r   l e a r ni ng  t e c hni que   f o r   m u l t i m o da l   d i s e a s e s   w i t h   e nh a n c e d   C NN   i s   pr o p o s e d.   P r e - pr o c e s s i n i s   do n e   us i n g a us s i a n   f il t e r .   I r e duc e s   t h e   n o i s e   a s   we ll   a s   c o n v e r t s   t h e   im a ge s   i n t o   g r a y s c a l e   im a ge s .   Ge n e t i c   a l go r i t hm   ( GA )   pe r f o r m s   t h e   f e a t ur e   e x t r a c t i o n .   GA   i s   b a s e o f i t ne s s   f u n c t i o n   o f   g i ve n   s y s t e m .   I t   us e s   t h r e e   f u nc t i o n s   i n t e r na l ly   l i k e   o pe r a t i o n   i n   s e l e c t i o n ,   c r o s s o v e r   a n m ut a t i o n   f u n c t i o n .   T r a n s f e r   l e a r ni ng  i s   a pp l i e i n   t hi s   m o de l .   R e s Ne t - 50  i s   us e to   e x t r a c t   t h e   f e a t ur e s   a l o n g   w i t h   S o f t M a x   f u n c t i o n s   dur i n c l a s s if i c a t i o n .   E nh a n c e m u l t i p l e   C NN   ( E C NN )   i s   us e f o r   f i nd i n a nd   c a t e g o r i z a t i o n   o f   d i s e a s e s   i n   r i c e   p l a n t .   T r a n s f e r   l e a r ni ng  ( T L ) ,   C NN + T L ,   a r t i f i c i a l   n e ur a l   n e t wo r k s   ( A NN )   a l go r i t hm s   pe r f o r m a n c e   c o m pa r e w i t h   E C NN + G A .   E nh a n c e a c c ur a c y   o f   95%   i s   o b t a i n e i n   t hi s   m o de l .     As   d i s c u s s e i n   [ 59] ,   a u t h o r s   h a v e   pr e s e n t e a   r ob us t   DL   t e c h ni que   R e s Ne t - 34   b a s e f a s t e r   r e gi o n - c o n v o l ut i o n a l   n e ur a l   n e t wor k   ( F a s t e r - R C NN )   m o de l .   F r o m   P l a n t Vi ll a g e   da t a s e t   o nl y   t o m a t o   pl a n i m a ge s   w i t h   10  s pe c i f i e c l a s s e s   a r e   us e h e r e .   T h e   a nn o tat i o n   o f   s pe c i f i e i m a ge s   i s   do n e   to  o b t a i n   R o I .   R e s Ne t - 34   a l o n w i t h   c o nv o l ut i o n a l   bl o c a t t e n t i o n   m o du l e   ( C B A M )   e x t r a c t s   t h e   f e a t ur e s   l i ke   s i z e ,   c o l o ur ,   a n t e x t ur e .   F a s t e r - R C NN   pe r f o r m s   t h e   c l a s s i f i c a t i o n   w hi c h   i s   pe r f o r m e t h r o ugh   v a r i o us   s t e ps   l i ke   r e g i o n   pr o p o s a l   n e t wo r ks   ( R P N) ,   p oo l i n g,   f i n a n c a t e g o r i z e   a   n u m b e r   o f   p l a n t   di s e a s e s .   C l a s s   b a s e to m a to  pl a n t   e v a l ua t i o n   i s   do n e   w i t h   v a r i o us   m e t r i c s   a c c ur a c y ,   pr e c i s i o n ,   r e c a l l ,   F 1 - S c o r e   a n e r r or   r a t e .   G oo gl e Ne t ,   VGG - 19,   R e s Ne t - 101,   Xc e p t i o n   a n S E - R e s Ne t50  a r e   us e to  e x a m i ne   t h e   r o b us t n e s s   o f   F a s t e r - R C NN .   F a s t e r - R C NN   a ppr o a c h   w i t h   R e s N e t - 34  o b t a i n e t h e   r e s u l t s   w i t h   a v e r a ge   pr e c i s i o n   99. 4 8% ,   r e c a l l   99. 32% ,   F1 - s c o r e   99. 42% ,   a n a c c ur a c y   99. 97%   v a l ue s   hi g h e s t   o v e r   ot h e r   DL   a ppr o a c h e s .   I t s   a   l o w - c o s s o l ut i o f r a m e wo r k.   P a t a ni   e al .   [ 60] ,   a u t h or s   h a v e   pr e s e n t e Goo g L e Ne t   b a s e m o de l   f o r   r e c o gni t i o n   o f   d i s e a s e s .   P l a n t V i ll a ge   da t a s e i s   us e w i t h   d i vi s i o n   r a t i o   of   80:20  f o r   t r a i n   a n t e s t .   T r a n s f e r   l e a r ni ng  m e t ho d   d o e s   t r a i ni ng.   I m a ge   pr e - pr o c e s s i ng  i s   pe r f o r m e us i ng  f il t e r s   to  r e m o v e   n o i s e s   a n n o r m a li z e   t h e   i n t e ns i t y   o f   im a ge s   f o l l o we by   im a ge   a nn o t a t i o n   a n im a ge   a ug m e n t a t i o n .   F e a t ur e s   a r e   e x t r a c t e a n t h e n   c l a s s if i c a t i o i s   do ne   us i ng  Go o gL e Ne t   wi t h   22  l a y e r s   de e a r c hi t e c t ur e   a n i nc e pt i o n   m o du l e s .   M o de l   a c hi e v e s   99. 35%   a c c ur a c y .     As   pe r   [ 61 ] ,   Al e x N e t   m o d i f i c a t i o n   a r c hi t e c t ur e - b a s e C NN   m o de l   h a s   b e e n   pr e s e n t e d.   A   da t a s e h a s   c o l l e c t i o n   o f   t o m a t i m a ge s   f r o m   P l a n t V i ll a ge   w i t h   8, 345  i m a ge s   f o r   tr a i ni ng  a n 4, 585  i m a ge s   f o r   tes t i n in  t hi s   pr e d i c t i ve   m o de l   us i ng  e x p l o r a to r y   da t a   a na l y s i s   f u n c t i o n .   T h e   C NN   m o de l   h a s   d i f f e r e n t   l a y e r s   a s   c o n v o l ut i o n a l ,   s u b   s a m p l i ng,   f u ll y   c o nn e c t e l a y e r s .   T ge t   m o r e   a c c ur a t e   c l a s s if i c a t i o n ,   a n   Al e x N e b a s e d   m o d i f i e a r c hi t e c t ur e   wi t h   C NN   i s   us e d.   I h a s   c o n v o l ut i o n a l   l a y e r s ,   f u ll y   c o nn e c t e l a y e r s ,   a n o u t pu l a y e r .   C o nv o l ut i o na l   l a y e r   u s e s   R e L U,   o u t pu t   l a y e r   us e s   t h e   S o f t M a x   a c t i v a t i o n   f u n c t i o n .   T o   g e t   b e tt e r   e f f i c i e nc y   A da m   o pt i m i z e r   i s   i nc l ud e i n   m o d if i e a r c hi t e c t ur e .   A   m o bi l e - b a s e a n dr o i p l a t f o r m   i s   de v e l o pe us i ng  t hi s   a r c hi t e c t ur e .   P e r f o r m a n c e   m e a s ur e   h a s   r e s u l t e i n   a v e r a ge   a c c ur a c y   96% ,   pr e c i s i o 98% ,   r e c a l l   95% ,   a n F 1 - S c o r e   97% .     As   d i s c u s s e i n   [ 62] ,   C NN - b a s e pr e - tr a i ne m o de l   i s   pr o p o s e d .   T r a n s f e r   l e a r ni n b a s e pr e - t r a i n e d   m o de l s   D e n s e N e t - 121,   VGG - 1 ,   R e s Ne t - 50 ,   a n I nc e pt i o n V4  a r e   u s e i t hi s   m o de l   a n m a j o r l y   c o n c e n t r a t e d   o n   f i ne   t uni n t h e   hy p e r   pa r a m e t e r s .   T h e   m o de l   wor ks   o n   P l a n t V i ll a g e   da t a s e c o n t a i ni ng   54 , 305  i m a g e   s a m p l e s   o f   14  c r o p   s pe c i e s   b e l o n g i ng  t 38  c l a s s e s .   Da t a s e t   i s   pr e - pr o c e s s e a l o n w i t h   a ug m e n t a t i o n ,   t h e n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m S c i Vo l .   3 8 ,   N o .   2 M a y   20 2 5 :   1 308 - 1 323   1314   f e a t ur e   e x t r a c t i o n   a n c a t e go r i z a t i o n .   M e t r i c s   us e a r e   a c c ur a c y ,   F s c o r e ,   s e ns i t i vi t y   a n d   s pe c i f i c i t y .   c o m pa r a t i v e   e x a mi na t i o n   o f   e n t i r e   m o de l s   wa s   pe r f o r m e a n r e s u l t s   s h o we De n s e Ne t - 121  a tt a i n ed   hi g he r   a c c ur a c y - 99. 81%   whi c h   w a s   s up e r i o r   o f   a l l   o t h e r   m o de l s .   S u m m a r y   o f   t h e   d i s c us s e DL   a ppr o a c h e s   i s   r e pr e s e n t e i n   T a bl e   4.         T a bl e   4 S um m a r y   o f   D L   a ppr o a c h e s   R e f e r e nc e   F e a tu r e   e x tr a c ti o n   T e c hni qu e s     C r o ps   S iz e     P e r f or ma n c e   me tr i c   [ 53]   P C A I C A a nd   L D A   f o ll o w e b M a x poo l in g   L e N e C N N   A ppl e   60000  tr a in in a nd  10000   te s ti ng i ma ge s   A c c u r a c y   0.95   P r e c is i o n 0.90   [ 54]   H is t o gr a e qua li z a ti o n,   L G P   S e l f - I mp r ov e d   B lu e   M o nke O pt im iz a ti o ( S I - B M O )   M ul ti pl e   c r o ps     50,000 im a ge s   L S T M   w it o pt im i z a ti o a c c u r a c y   0.945   L S T M   w it no  o pt im i z a ti o a c c u r a c y  0.739   [ 55]   H O G ,   S U R F ,   B P N N  a lg o r it hm   A le x N e t,   G oo gl e N e t,   R e s N e t5 0,  I nc e pt i o nV 3   M ul ti pl e   c r o ps     D a ta s e r a ti li ke   90: 10   G oo g L e N e g e ts   H ig h e s a c c ur a c -   0.999,  F 1 - s c or e - 1.0  f o r   c o l o ur  i ma g e s   [ 56]   L e a k y  R e c ti li ne a r   R e s id ua N e tw o r k   R e s N e t5 0   P o ta t o   pe pp e r   c o r n   gr a pe     24,000  im a ge s   w it h 80:20 r a ti o   A c c u r a c y   94.56%   F 1‐ s c o r e   93.82%   P r e c is i o 93.48%   R e c a ll  93.12%   S pe c i f i c it y   92.58%   [ 57]   im pr ov e d   m e di a n   f i lt e r   S E N e t - C N N   P o ta t o   T r a in - v a li da ti o n - te s da ta  r a ti o   70 - 20 - 10   A c c u r a c y  99.3 %   [ 58]   G a us s ia n f il t e r   G e ne ti c   a lg o r it h R e s N e t - 50   E nha nc e mul ti pl e   C N N   w it tr a ns f e r   l e a r ni ng  te c hni que   R ic e   N o A v a il a bl e   A c c u r a c y  95 %   [ 59]   R e s N e t - 34  w i th   C B A M   F a s te r - R C N N   T oma to   18,160  O r ig in a im a ge s   +   a nno ta te im a ge s   A c c u r a c y   99.97%   A ve r a ge   P r e c is i o n 99.48%   F1 - s c o r e   99.42%   R e c a ll  99.32%     [ 60]   N o A v a il a bl e   G oo g L e N e t   M ul ti pl e   c r o ps   Tr a in   -   t e s da ta   r a ti o  80: 20   A c c u r a c y   99.35%   [ 61]   N o A v a il a bl e   A le x N e mo di f ic a ti o a r c hi t e c tu r e - ba s e d C N N   T oma to   18,345  im a ge s   f or   tr a in in g   a nd  4,585  im a ge s   f o r   te s ti ng   A ve r a ge   A c c u r a c y  96 %   P r e c is i o n 98%   R e c a ll  95%   F1 - M e a s ur e  97 %   [ 62]   F il te r s   D e ns e N e t - 1 21   VGG - 16   R e s N e t - 50 I nc e pt i o n V 4   M ul ti pl e   c r o ps     54,305 im a ge s   D e ns e N e t - 121  a tt a in e hi ghe r   a c c u r a c y - 99.81 %       2. 3.     e Xpl ain ab l e   AI   a p p r oac h es   A r t i f i c i a l   i n t e ll i ge n c e   ( A I )   b u i l d s   t h e   m o de l s   to  i m i t a t e   h u m a n   i n t e ll i ge n c e   a n t r y   t f i nd  t h e   s o l ut i o ns   to   r e a l - wo r l pr o bl e m s .   M L   a n D L   a r e   A I   t e c hni que s   us e   a l go r i t hm s   w hi c h   e nvi s a ge   o u t c o m e   m o r e   c o r r e c t l y   w i t h o u t   h u m a n   i n t e r f e r e n c e   [ 63] ,   [ 64] .   T h e   o u t pu o f   M L   a n DL   m o de l s   a c a s   bl a c b o x   a n d   i t   i s   n o e a s y   to  un de r s t a n t h e   pr o c e s s   o f   ge tt i n t h o s e   r e s u l t s .   DL   a n M L   a ppr o a c h e s   c a nn o gi v e   e x p l a n a t i o n   t us e r s   o n   h o t h e   m o de l   o pe r a t e s   a n c r i t i c a l   de c i s i o n - m a k i ng  i s   do n e .   F o r   us e r s   t hi s   ga r e s u l t s   i n   t r us t   i s s ue s   o v e r   t e c h n o l o g y ,   e ve n t ua l ly   s to p   t h e m   f r o m   f i na l   a pp li c a t i o n   us a ge .     A I   h a s   pot e n t i a l   t r e v o l ut i o ni z e   f i e l ds   l i ke   h e a l t hc a r e ,   a gr i c u l t ur e   a n f i na n c e   i s   un de ni a bl e ;   i t 's   t h e   c o n c e pt   o f   r e s po n s i b l e   A I   t h a unl o c ks   i t s   t r ue   p o we r .   T h i s   a ppr o a c h   e m p ha s i z e s   b u il d i ng  t r us t wo r t hy   A I   s y s t e m s   t h a t   pr i o r i t i z e :     M i nim i z i ng  bi a s e n s ur i ng  A I   a l go r i t hm s   a r e   f a i r   a n u nbi a s e d,   pr e v e n t i n d i s c r im i na t o r y   o ut c o m e s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52       P lant   leaf  dis e as e   de tec ti on  and  c las s if ication   us ing  ar ti f icial   int e ll igenc e     ( K us uma  R )   1315     P r ot e c t i n pr i v a c y s a f e gua r i n d i v i dua l   d a t a   pr i v a c y ,   e ns ur i n r e s po ns i bl e   da t a   c o l l e c t i o n   a n us a ge .     S uppor t i n s e c ur i t y b u il d i ng  r o b us t   A I   s y s t e m s   t h a t   a r e   r e s i s t a n t   to   c y b e r a t t a c ks   a n m a ni pu l a t i o n .     E nh a n c i ng  t r a n s pa r e n c y   a n a c c o un t a bil i t y m a k in A I   de c i s i o n - m a k i ng  pr o c e s s e s   u n de r s t a n d a bl e   a n d   a l l o w i ng  f o r   h u m a n   o v e r s i g h t   a n c o n t r o l   [ 65] .   T r a n s pa r e n c y   i s   a   c o r n e r s t o n e   o f   r e s po n s i bl e   A I ,   a n ( XA I )   a c t s   a s   t h e   ke y   t h a t   unl o c ks   i t .   XA I   p l a y s   vi t a l   r o l e s   i n   b u il d i ng  t h e   A I   m o de l s   whi c h   a r e   e a s y   to  i n t e r pr e a n un de r s t oo d   by   h u m a n s .   XA I   b r i dge s   t h e   ga by   pr e s e n t i n c l e a r   e x p l a n a t i o ns   o n   A I   de c i s i o ns ,   a l l o w i ng  h u m a ns   to   un de r s tan t h e   r e a s on i n g   b e h i n d   th e m .   T h i s   tr a n s p a r e n c y   i s   v i tal   f or :   b ui l di n g   tr u s t ,   i d e n ti f y i n g   b i a s :   e n s u r i n g   a c c ou n ta b i l i ty   [ 6 6 ] .     R e vi e i s   c a r r i e o u t   o n   f r e que n t l y   u s e X A I   a ppr o a c h e s Gr a d i e n t - we i g h t e c l a s s   a c t i va t i o m a pp i ng  ( Gr a dC AM ) ,   l o c a l ly   i n t e r pr e t a bl e   m o de l   a gn o s t i c   e x p l a n a t i o n s   ( L I M E ) ,   S m o ot h Gr a d XA I   s a l i e nc y   m e t h o d   a n d   s ha p l e y   a dd i t i ve   e x p l a n a t i o n s   ( S HA P )   i n   e x p l a na t i o n   o f   p l a n t   di s e a s e   d i a g n o s i s   pr oc e s s   a n d   c a t e g o r i z a t i o n   do n e   by   v a r i o us   M L ,   DL   a l go r i t hm s .   F i gur e   3   s h o ws   t h e   r e pr e s e n t a t i o n   o f   X A I   a r c hi t e c t ur e   f o r   d i s e a s e   de t e c t i o n .   As   pe r   [ 67] ,   a u t h or s   h a v e   pr e s e n t e a   m o de l   us i ng   tr a n s f e r   l e a r ni ng  a n X A I   a ppr o a c h e s .   T h e   u s a ge   o f   K a gg l e   P l a n t V i ll a ge   da t a s e t   i s   do n e   t o   de t e c t   th e   p l a n t   l e a f   d i s e a s e s .   Da t a   i s   pr e - pr o c e s s e a n t h e n   s p l i t   i n t o   t r a i n ,   v a li da t e   a n t e s da t a .   T h r e e   pr e t r a i ne C NN   m o de l s   s uc h   a s   a r e   us e E f f i c i e n t Ne t V2L ,   M o bi l e Ne t V2,   a n R e s Ne t 152V2  a l o n w i t h   Ada m   o pt i mi z e r   pe r f o r m s   t h e   de t e c t i o n   o f   v a r i o us   p l a n d i s e a s e s .   T h e   a c c ur a c y   a c hi e ve by   E f f i c i e n t Ne t V2L ,   M o bi l e Ne t V2,   a n R e s Ne t 152V2  a r e   99. 63 % ,   98. 86%   a n 98. 44%   r e s pe c t i v e ly .   E f f i c i e n t Ne t V2L   h a s   a c hi e v e hi g h e s t   a c c ur a c y   a m o n t h e   t h r e e   pr e t r a i n e m o de l s .   L I M E   i n t e r pr e t s   t h e   de c i s i o ns   o b t a i n e d   by   E f f i c i e nt Ne t V2L   dur i n c l a s s if i c a t i o ns .           F i gur e   3 .   R e pr e s e n t a t i o n   o f   X A I   a r c hi t e c t ur e   f o r   l e a f - ba s e p l a n t   di s e a s e   de t e c t i o n       B ha n da r i   e al [ 68] ,   a n   e x p l a n a t i o n   dr i v e n   DL   a ppr o a c h   f o r   l e a f   d i s e a s e   r e c o gni t i o n   a n d   c l a s s if i c a t i o n   o n   to m a t i s   pr o p o s e d .   T o m a t l e a f   da t a s e t   i s   o b t a i n e f r o m   P l a n t V i ll a ge   da t a s e t   a n i s   s p li t   i n t o   90:10  r a t i o s .   M o de l   us e s   DL   a l go r i t hm   f o r   l e a f   d i s e a s e   r e c o gni t i o n ,   c l a s s if i c a t i o n   a n X A I   a l go r i t hm s   f o r   e x p l a n a t i o n   o f   t h e   c l a s s if i c a t i o n .   E f f i c i e n t Ne t B do e s   t h e   d i s e a s e   i de n t i f i c a t i o n   a l o n w i t h   c l a s s if i c a t i o n .   E f f i c i e n t Ne t B 5   DL   m o de l   pe r f o r m a n c e   i s   c o m p a r e wi t h   o t h e r   m o de l s   a n i t   h a s   o b t a i n e hi g h e s t   t e s t   a c c ur a c y   o f   99. 0%   w h e r e a s   M o bi l e N e t - 94. 00 % ,   X c e pt i o n - 95. 32% ,   VG G16 - 93 . 35% ,   R e s Ne t 50 - ( 96. 0 3% ,   a n De ns e Ne t 121 - 96. 30% .   Gr a dC A M   a n L I M E   we r e   us e to   e x p l a i r e s u l t s   o f   c l a s s i f i c a t i o n   by   i de n t i f yi ng  t h e   s pe c i f i c   r e g i o ns   t h a a r e   a c c o un t a bl e   f o r   c l a s s if i c a t i o n .   L I M E   pe r f o r m e b e t t e r   t h a n   Gr a dC AM   i n   i de n t i f yi ng   t h e   r e gi o ns   o f   i m a g e s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m S c i Vo l .   3 8 ,   N o .   2 M a y   20 2 5 :   1 308 - 1 323   1316   As   d i s c u s s e i n   [ 69] ,   a u t h o r s   h a v e   pr e s e n t e l e a f   d i s e a s e   c l a s s i f i c a t i o n   m o de l   us i ng  e x p l a i na bl e   de e l e a r ni ng  a l go r i t hm s .   T h e   Da t a s e c o n t a i ns   only   d if f e r e n t   ki n ds   o f   f r u i t   l e a f   im a ge s   f r o m   P l a nt Vi l l a ge   da t a s e t.   Da t a   i s   a ug m e n t e d   a n t e x t ur e ,   s h a pe   a n d i s e a s e   s pot   f e a t ur e s   we r e   e x t r a c t e d.   R e s Ne t   wa s   a s s o c i a t e w i t h   a tt e n t i o n   m o de l   C B A M   to   a dv a nc e   t h e   a bi li t y   t o   do   ke y   f e a t ur e s   e x t r a c t i o n   a n i m pr o v e   po we r   o f   ge n e r a li z a t i o n .   99. 11% ,   99. 4%   a n 99. 89%   a c c ur a c y   i s   a c hi e ve d   f r o m   t h e   e x pe r i m e n t a l   r e s ul t s .   T h r e e   XA I   vi s ua li z a t i o n   m e t h o ds   s uc h   a s   Gr a dC AM ,   L I M E ,   a n S m o ot h Gr a we r e   us e d.   T h r e e   m o de l s   i n t e r pr e t a bi li t i e s   o f   t h e   c l a s s i f i c a t i o n   o f   di f f e r e n t   k i n ds   o n   f r u i t   l e a f   d i s e a s e s   we r e   c o m pa r e a n G r a dC AM   wa s   t h e   m o s t   s ui t a bl e   m o de l   a m o n t h e   t h r e e .     T h e   a ut h o r s   h a v e   pr o po s e a   m o de l   w hi c h   us e s   XA I   f o r   DL   di s e a s e   de t e c t i o n   s y s t e m   [ 70] .   S e v e r a l   DL   a r c hi t e c t ur e s   a r e   a v a il a bl e   f o r   di s e a s e   de t e c t i o n   b ut   t h e y   a c t   a s   bl a c b o x   s y s t e m s   a n t h e y   do n t   pr o vi de   a ny   c l a s s if i c a t i o n   e x p l a na t i o ns .   Ai m   o f   t hi s   m o de l   i s   to  e x p l a i n   w hy   t h e   m o de l   h a s   c l a s s if i e f o r   th e   g i v e im a ge   i n t o   t hi s   c a t e go r y   o f   d i s e a s e / h e a l t hy .   P l a n t V i ll a ge   da t a s e t   wa s   us e d.   M a s R - C NN   pe r f o r m s   de t e c t i o n   a n c l a s s if i c a t i o n .   Gr a dC AM + +   e x p l a i ns   t h e   m o de l .   M o de l   i d e n t i f i e s   t h e   l o c a t i o n   a n r e g i o n s   w hi c c o n t r i b ut e s   to  di s e a s e   a n a i ds   i n   t h e   c l a s s i f i c a t i o n   w i t h   a n   a c c ur a c y   o f   99. 67%   A r vi nd   e al .   [ 71] ,   a   c o m put e r   a i de d i s t i n c t   s y s t e m   w i t h   de e l e a r ni ng - b a s e d i s e a s e   c l a s s if i c a t i o w i t h   X A I   p i pe li ne   i s   d i s c us s e d .   T o m a t o   pl a n t   i m a ge s   a r e   c h o s e n   f r o m   P l a n t Vi ll a g e   da t a s e t   a n d   d i f f e r e n t   a ug m e n t a t i o n   m e t h o ds   a r e   a ppl i e to  m a ke   t h e   da t a s e o f   43, 212   i m a g e s .   M o de l   i s   tr a i n e by  t r a n s f e r   l e a r ni ng  t e c hni que .   VG G16,   VG G19,   R e s Ne t ,   I n c e pt i o n   V3,   M o bi l e Ne t ,   E f f i c i e n t Ne t   a r c hi t e c t ur e s   we r e   us e f o r   t h e   c a t e g o r i z a t i o n   o f   t o m a t o   l e a f   im a ge s .   Am o n a ll   o f   t h e m   E f f i c i e n t Ne t   h a s   a t t a i n   t h e   hi g h e s t   a c c ur a c y   o f   0. 92  a n 0. 91  f o r   o r i g i na l   a s   we ll   a s   a ug m e n t e i m a ge s .   T o   e x p l a i n   t he   m o de l   wo r ki n L I M E   a n d   Gr a dC AM   a r e   us e a l o n w i t h   va l i d a t i o n   o f   y o o nl y   l o o o n c e   ( YO L O V4.   L I M E   us e s   l i ne a r   r e gr e s s i o w i t h   s a li e n t   f e a t ur e s   a n Gr a dC AM   us e s   gr a d i e n t   i nf o r m a t i o n   f o r   t h e   e x p l a na t i o n   o f   c l a s s if i c a t i o n   o f   i m a ge s .     As   pe r   [ 72] ,   a   TL - b a s e m o de l   f o r   m a n go   l e a f   d i s e a s e   de t e c t i o n   i s   pr e s e n t e d .   Da t a s e t   c o n t a i ns   o nl m a n go   pl a n t   l e a ve s   o b t a i ne f r o m   P l a n t V i l l a ge   da t a s e t .   Da t a   i s   pr e - p r o c e s s e a n a ug m e n t e d.   Da t a s e i nc l ude s   r a t i o   o f   70:20: 10  w i t h   r e s pe c t   to   tr a i n ,   v a li da t e   a n t e s t   pur p o s e .   P r e   tr a i n e t r a n s f e r   l e a r ni ng   a ppr o a c h   b a s e D e n s e N e t 169  d o e s   m a n go   l e a f   d i s e a s e   r e c o gni t i o n   a n c l a s s i f i c a t i o n .   A c c ur a c y ,   F s c or e ,   P r e c i s i o n ,   a n A UC   a r e   e v a l ua t e d.   M o de l   h a s   o b t a i ne t h e   r e s u l t s   w i t h   97. 41%   a c c ur a c y   r a t e .   XA I   a l go r i t hm   L I M E   i s   us e t e x p l a i t h e   o b t a i ne r e s u l t s .   As   d i s c u s s e i n   [ 73] ,   a u t h or s   h a v e   pr e s e n t e t h e   DL   m o de l   w i t h   XA I   f o r   di s e a s e   de t e c t i o n .   M o de l   us e s   o nl y   po t a to  l e a f   i m a g e s   w i t h   a ug m e n t a t i o n   f r o m   P l a n t Do c   da t a s e t .   P r e - t r a i n e R e s N e t 50  a r c hi t e c t ur e   w i t h   F a s t e r - R C NN   m o de l   o n   I m a ge Ne t   da t a s e t   d e t e c t s   di s e a s e s   o n   pot a to   l e a v e s .   M o de l   h a s   t h r e e   ph a s e s   f e a t ur e   e x t r a c t i o n   n e t wo r k ,   r e gi o n   pr o p o s a l   n e t wo r k   a n de t e c t i o n   ge ne r a to r .   Qua n t i t a t i ve   a n qua l i t a t i v e   e x pe r im e n t s   we r e   pe r f o r m e d.   XA I   s a li e n c y   m e t h o wa s   us e to  e x p l a i n   t h e   pot a to  di s e a s e   de t e c t i o n   b a s e o n   i n t e r m e d i a t e   o bj e c t   de t e c t i o n   r e s u l t s .   De t e c to r   r a n do m i z e i n put   s a m p li ng  f o r   e x p l a n a t i o n   (D - R I S E )   m e t h o a n X A I   s a l i e nc y   m e t h o we r e   a n a l y z e d   w i t h   r e s pe c t   to   t h e   e x p l a n a t i o n   o f   c l a s s i f i c a t i o n .   XA I   s a l i e nc y   m e t h o e x p l a n a t i o n   wa s   be tt e r   wh e n   c o m pa r e to   D - R I S E .   Na hi duz z a m a n   e al .   [ 74] ,   a n   e x p l a i na bl e   DL   m o de l   f o r   m u l be r r y   l e a f   d i s e a s e   de t e c t i o n   i s   pr e s e n t e d Da t a s e t   i s   c o l l e c t e f r o m   B a n g l a de s h   r e g i o n   w i t h   l e a f   d i s e a s e s r us t ,   s pot  a n n o r m a l   l e a v e s   f o ll o we by   a nn o t a t i o n   of   t h e   l e a f   im a ge s   by   e x pe r t s .   Da t a s e wa s   pr e - pr o c e s s e a n a ug m e n t a t i o n   t e c h ni qu e s   we r e   a pp l i e d.   Da t a s e t   i s   s p li t   a n u s e t o   tr a i n ,   v a li da t e   a n t e s t   t h e   m o de l .   A   L i g h t we i g h t   P a r a l l e l   De p t h - W i s e   S e pa r a bl e   C NN   ( P DS - C NN )   m o de l   i pr o vi de d   to   pr o g r e s s   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   c l a s s if i c a t i o n .   S HA P   e x p l a i n s   t h e   o u t c o m e s   o f   P DS - C NN .   T h e   P DS - C NN   pe r f o r m s   pr e e mi ne n t   i n   c o m pa r i s o n   w i t h   o t h e r   s i x   m o de l s   l i ke   R e s Ne t 152,   Xc e pt i o n ,   M o bi l e Ne t V2,   VG G19,   M o bi l e Ne t   a n De ns e Ne t 121.   P DS - C NN   h a s   a tt a i n e a o p t i mi s t i c   a c c ur a c y   -   f o r   t h r e e   c l a s s   c l a s s if i c a t i o n s   a s   95. 05  ±   2 . 86%   a n f o r   bi n a r y   c l a s s i f i c a t i o ns   a s   96. 06  ±   3. 01% .   B a n d i   e al [ 75] ,   a u t h o r s   h a v e   de v e l o pe d   e x p l a i n a bl e   A I   b a s e l e a f   d i s e a s e   s e v e r i t y   c l a s s if i c a t i o m o de l   us i ng  t r a n s f o r m e r   ne t wor ks .   Da t a   a c qui s i t i o n   o f   o nl y   a pp l e   l e a f   im a ge s   i s   do n e   f r o m   P l a n t Do c   a n P l a n t V i ll a ge   da t a s e t s .   Da t a   i s   pr e - pr o c e s s e a n a ug m e n t e d.   D L   m o de l   YO L O v pe r f o r m s   d i s e a s e   d e t e c t i o n .   B a c kgr o un r e m o v a l   wa s   m a d e   t h r o ugh   U2 - Ne a r c hi t e c t ur e   whi c h   a i ds   i n   a c c ur a t e   c l a s s if i c a t i o n De pe n d i ng   o n   s e ve r i t y   o f   i n f e c t i o n ,   d i s e a s e   c a n   be   c l a s s if i e i n t o   m u l t i p l e   s t a ge s   li ke   l o w,   m o de r a t e   a n hi g h .   M o de l s   o u t pu e x p l a na t i o n   i s   g i v e n   by   Gr a d - C A M .   M o de l   o b t a i n e a n   F s c o r e   91%   o n   o r i g i na l   a s   we l l   e nh a n c e da t a s e t s .   T h e   Vi s i o n   t r a n s f o r m e r   ( V i T )   pe r f o r m e d   t h e   c l a s s if i c a t i o n   a n r e s u l t s   a c hi e ve we r e   m o r e   a c c ur a t e   w i t h   V i T   ne t wor ks T a bl e   5   s h o ws   s u m m a r y   o f   X A I   m o de l s .   F i gur e   4   r e pr e s e n t s   t h e   p l a n t s   i nv e s t i ga t e i n   t h e   o v e r a l l   s ur v e y .   R e pr e s e n t s   t h e   pa pe r s   s ur v e y e in  r e f e r e n c e   t o   e a c h   f r u i t     A pp l e ,   gr a pe ,   pe a c h ,   to m a t o,   m a n go ;   s t r a wb e r r y   a n m u l t i p l e   f r u i t s   s ur v e y .   r e pr e s e n t s   t h e   s ur ve y e i n   r e f e r e n c e   t o   e a c h   c r op -   C or n ,   pe ppe r ,   p ot a to ,   m a i z e ,   m u l t i p l e   c r o ps ,   r i c e   a n d   m u l be r r y .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52       P lant   leaf  dis e as e   de tec ti on  and  c las s if ication   us ing  ar ti f icial   int e ll igenc e     ( K us uma  R )   1317   T a bl e   5 .   S um m a r y   o f   X A I   a ppr o a c h e s   R e f e r e nc e   T e c hni qu e s     e X pl a in a bl e - A I   T e c hni qu e   C r o ps   S iz e   P e r f or ma n c e  m e t r i c   [ 67]   E f f i c i e nt N e tV2 L   M o bi l e N e tV2  R e s N e t1 52V 2   L I M E   M ul ti pl e   c r o ps     43,429 T r a in , 5,417  v a li da ti o n, a nd 5,459  te s im a ge s   E f f i c i e nt N e tV2 L M o bi l e N e tV2,  a nd   R e s N e t1 52V 2 a r e  99.63 % ,   98.86%  a nd 98.44%   [ 68]   E f f i c i e nt N e tB 5   G r a dC A M   L I M E   T oma to     T r a in te s im a g e s   r a ti o  90: 10   E f f i c i e nt N e tB hi gh e s t   a c c u r a c y   of   99.0%   M o bi l e N e t - 94.00% X c e p ti o n - 95.32% V G G 16 - 93.35% R e s N e t5 0 - 96.03%   D e ns e N e t1 21 - 96.30%   [ 69]   V G G   G oo g L e N e t   R e s N e w it C B A M     S moo th G r a L I M E   G r a dC A M   M ul ti pl e   f r ui ts     34,000 im a ge s   V G G G oo g L e N e a nd   R e s N e w it h   a tt e nt i o n   mo d e C B A M   99.11% ,99.4%   a nd   99.89%   [ 70]   M a s k R - C N N   G r a dC A M + +   M ul ti pl e   c r o ps     70,000 im a ge s       A c c u r a c y  99.67 %   [ 71]   V G G 16 V G G 19   R e s N e t   I nc e pt i o n V M o bi l e N e E f f i c i e nt N e t   L I M E    G r a dC A M   Y O L O V 4   T oma to     A ugme nt e 43,212  im a ge s   E f f i c i e nt N e go a n   a c c u r a c y   of   0.92,   0.91  f or   o r ig in a a nd  a ugme nt e d   im a ge s  r e s p e c ti v e l y   [ 72]   D e ns e N e t1 69   L I M E   M a ngo     T r a in - t e s t - v a li da ti o im a ge s  r a ti o  70: 20: 10    97.41%  a c c ur a c y   r a te .   [ 73]   F a s te r  R C N N   ba s e d R e s N e t5   D - R I S E     X A I   s a li e nc me th o d   P o ta t o     2,568 im a ge s  ove r  13  pl a nt s   a nd 27 c la s s e s   D - R I S E   a c hi e ve s   mAP   of   46.22%  w he r e a s     F a s te r   R C N N   a c hi e ve s   mAP  of  39.37% .   [ 74]   P D S - C N N   S H A P   M ul be r r y     O r ig in a 1,091 im a ge s   us e d t o  g e n e r a t e  6000    s y nt he ti c   im a ge s  w it 4000 tr a in  a nd 2000  te s im a ge s     P D S - C N N   ha s   a c hi e ve d   a o pt im is ti c   a c c ur a c y   -   f or   th r e e   c la s s   c la s s if i c a ti o ns   a s   95.05  ±   2.86%   a nd  f or   bi na r c la s s if i c a ti o ns   a s   96.06  ±   3.01% .               [ 75]   D e e le a r n in g   mo d e lYO L O v 5,  U2 - N e a r c hi t e c tu r e   G r a d - C A M   A ppl e     2572 im a ge s   A ppl e   l e a f   di s e a s e   mu lt i   s ta ge   c la s s if i c a ti o b y   V i T   w it a n d   w it h o ut   ba c kgr o und  o bt a in e d   F1 - S c o r e   0.758  a nd  0.91r e s pe ti v e l y .           F i g ur e   4 .   P e r c e n t a ge   o f   s t udi e s   pe r   c r o p   a n d/o r   f r u it   s pe c i e s       3.   RE S UL T S   AN DI S CU S S I ON     I n   t h e   r e s u l t s   a n d i s c us s i o n   s e c t i o n ,   i nf e r e n c e   o f   s t udy   a n o pe n   do o r s   f o r   f ut ur e   w o r ks   b a s e on   t h e   c h a ll e n ge s   o f   t h e   pr e s e n t   s y s t e m   [ 76] ,   [ 77]   a r e   d i s c us s e d:   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.