I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   15 ,   No .   3 J u n e   20 25 ,   p p .   3212 ~ 3 2 2 5   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 15 i 3 . pp 3 2 1 2 - 3 2 2 5           3212       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   M o rpho lo g ica features f o multi - mo del rice  g ra in  cla ss ificatio n       Su m a   D . 1 ,   Na re nd ra   V .   G . 1 ,   Ra v ira j a   H o lla   M . 2 ,   Da rsh a n H o lla   M . 2   1 D e p a r t me n t   o f   C o m p u t e r   S c i e n c e   a n d   E n g i n e e r i n g ,   M a n i p a l   I n st i t u t e   o f   T e c h n o l o g y ,   M a n i p a l   A c a d e m y   o f   H i g h e r   E d u c a t i o n ,     M a n i p a l ,   I n d i a   2 D e p a r t me n t   o f   I n f o r mat i o n   a n d   C o m mu n i c a t i o n   Te c h n o l o g y ,   M a n i p a l   I n st i t u t e   o f   Te c h n o l o g y ,   M a n i p a l   A c a d e m y   o f   H i g h e r   E d u c a t i o n ,   M a n i p a l ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   2 0 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Ma r   6 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   Ma r   2 0 ,   2 0 2 5       In   th e   re a lm  o a g r icu lt u re   a n d   f o o d   p ro c e ss in g ,   th e   a u to m a ted   c las sifica ti o n   o rice   g ra in h o ld si g n ifi c a n imp o rtan c e .   T h e   d iv e rse   v a rietie o rice   a v a il a b le  d e m a n d   a   sy ste m a ti c   a p p ro a c h   t o   c a teg o riza ti o n .   T h is  stu d y   tac k les   th is  c h a ll e n g e   b y   e m p lo y in g   d i v e rse   m a c h in e   lea rn in g   m o d e ls,   in c lu d in g   su p p o rt  v e c to m a c h i n e   (S VM) ,   ra n d o m   fo re st   (RF ) ,   l o g isti c   re g re ss io n   (LR) ,   d e c isio n   tree   (DT) G a u ss ian   n a i v e   Ba y e s   (G NB) ,   a n d   k - n e a re st  n e ig h b o rs   (K - NN) .   Th e   d a tas e t,   so u rc e d   fr o m   Ka g g le,   fe a tu re fi v e   d isti n c rice   ty p e s:  Arb o ri o ,   Ba sm a ti ,   I p sa la,  Ja sm in e ,   a n d   Ka ra c a d a g .   Afte th e   ima g e u n d e rg o   p re p ro c e ss in g ,   a   se o f   1 3   d isti n c m o r p h o l o g ica l   f e a tu re is  e x trac ted .   T h e se   fe a tu re e n su r e   a   c o m p re h e n si v e   re p re se n tati o n   o f   rice   g ra in fo a c c u ra te  c las sifica ti o n .   Th is  stu d y   a ims   to   c re a te  a n   in telli g e n t   sy ste m   fo e fficie n a n d   p re c ise   rice   g ra in   c las sifica ti o n ,   c o n tri b u ti n g   t o   o p ti m izi n g   a g ric u lt u ra a n d   f o o d   in d u str y   p r o c e ss e s.  Am o n g   th e   m o d e ls,   K - NN   d e m o n stra ted   t h e   h ig h e st  c las sifica ti o n   a c c u ra c y   a t   9 7 . 8 0 % ,   su rp a ss in g   ra n d o m   fo re st  (9 7 . 5 1 % ),   DT   ( 9 7 . 4 8 % ),   G NB   (9 6 . 9 9 % ),   S VM   (9 6 . 8 5 % ),   a n d   LR   (9 6 . 0 5 % ).   Ou p ro p o se d   K - NN - b a se d   c las sifica ti o n   m o d e l   a c h iev e a n   a c c u ra c y   o 9 7 . 8 % ,   d e m o n stra ti n g   c o m p e ti ti v e   p e rfo r m a n c e   a n d   o u tcla ss in g   se v e ra sta te - of - th e - a r m e th o d su c h   a a rti ficia n e u ra n e two r k   (AN N)  a n d   m o d ifi e d   v is u a g e o m e try   g ro u p 1 6   (VG G 1 6 )   wh il e   m a in tain in g   sim p li c it y   a n d   c o m p u tatio n a e ffi c ien c y .   T h is  u n d e rsc o re th e   e ffe c ti v e n e ss   o K - NN   a n d   RF   i n   e n h a n c in g   t h e   p re c isio n   o r ice   v a riety   c las sifica ti on .   K ey w o r d s :   Ma ch in lear n in g   Mo r p h o l o g ical  f ea tu r es   R ice  g r ain   R ice  g r ain   class if icatio n   Seg m en tatio n   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Nar en d r V .   G .   Dep ar tm en t o f   C o m p u ter   Scie n ce   an d   E n g in ee r in g Ma n ip al   I n s titu te  o f   T ec h n o lo g y ,   Ma n i p al  Aca d em y   o f   Hig h er   E d u ca tio n   ( MA HE )   Ma n ip al,   Kar n atak a,   5 7 6 1 0 4 ,   I n d ia   E m ail: n ar en d r a . v g @ m an ip al. ed u       1.   I NT RO D UCT I O N   R ice,   cr u cial  d ietar y   s tap le  f o r   s u b s tan tial  s eg m en o f   t h g lo b al  p o p u latio n ,   o cc u p ie s   ce n tr al   p o s itio n   in   e n s u r in g   wo r ld w id f o o d   s ec u r ity   an d   s ig n if ican tly   in f lu e n ce s   ec o n o m ies  wh ile  s u p p o r tin g   liv elih o o d s .   W ith   its   u n m atch ed   n u tr itio n al  im p o r tan ce ,   r ice   s er v es  as  p r im ar y   s o u r ce   o f   ca r b o h y d r ates  an d   ess en tial  n u tr ien ts ,   f o r m in g   th d ietar y   f o u n d atio n   f o r   b illi o n s   o f   p eo p le  wo r l d wid e.   T h i n tr icate   r elatio n s h ip   b etwe en   th r is in g   g lo b al  p r o d u ctio n   o f   r ice  an d   th in cr ea s i n g   d em an d   em p h asizes  th n ec ess ity   f o r   ac cu r ate  class if icatio n   m eth o d s .   I n   th e   q u est  to   o p tim ize  ag r ic u ltu r al  p r ac tices  an d   en s u r th p r o d u ctio n   o f   h ig h - q u ality   g r ain s ,   th is   s tu d y   d elv es  in to   th class if icat io n   o f   d i v er s r ice  v ar ieties.  W ith   r ice  f ar m in g   s er v in g   as  co r n er s to n e   o f   ec o n o m ies,  p a r ticu lar ly   in   Asi a,   th is   r esear ch   aim s   to   en h an ce   ag r icu ltu r al  ef f icien c y   a n d   s af eg u ar d   th is   v ital  g lo b al  f o o d   r eso u r ce .   Ar o r et  a l.   [ 1 ]   in tr o d u ce   an   au t o m ated   r ice  g r ain   class if icatio n   s y s tem   em p lo y in g   m ac h in le ar n in g   an d   im a g p r o ce s s in g   tech n iq u es.  Usi n g   lo g is tic  r eg r ess io n   an d   s u p p o r t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Mo r p h o lo g ica l fe a tu r es fo r   mu lti - mo d el  r ice  g r a in   cla s s ifica tio n   ( S u ma   D. )   3213   v ec to r   m ac h in e   alg o r it h m s ,   t h ey   ac h iev 9 6 a n d   9 2 a cc u r ac y ,   r esp ec tiv ely ,   in   class if y in g   v a r io u s   r ice   ty p es.  T h s y s tem   s tr ea m lin es  class if icatio n   ef f ec tiv ely   b u lack s   ad v an ce d   f ea tu r es  f o r   c h alk in ess   d etec tio n   an d   co m p r eh e n s iv g r ain   q u al ity   ev alu atio n ,   s u g g esti n g   p o te n tial f o r   f u r th er   r ef in em e n t.   Nag o d   an d   R an ath u n g a   [ 2 ]   p r esen n o v el  m eth o d   f o r   r ice  q u ality   id e n tific atio n   u s in g   im ag e   p r o ce s s in g   an d   m ac h in lea r n in g .   T h eir   ap p r o ac h   ac h iev e s   9 6 . 0 s eg m e n tatio n   a n d   8 8 . 0 class if icatio n   ac cu r ac y   ac r o s s   s ix   r ice   ca te g o r ies,  s h o win g   im p r o v e d   s e ed   s eg m en tatio n   an d   r ed u ce d   p r o ce s s in g   tim e.   W h ile  ef f icien with   l ig h tweig h alg o r ith m s ,   th m eth o d   r eq u ir es  en h an ce m e n ts   in   s to n id en tific atio n   ac cu r ac y ,   in d icatin g   s co p f o r   f u tu r r esear ch   im p r o v em e n ts .   Kir atir atan ap r u k   et  a l.   [ 3 ]   p r o p o s m ac h in e   v is io n   f o r   au to m ate d   p ad d y   r i ce   s ee d   class if icatio n ,   o f f er in g   co s t - ef f ec tiv alter n ativ to   m an u al  m eth o d s .   C o m p ar in g   s tatis tical  ( lo g is tic  r eg r ess io n   ( L R ) ,   lin ea r   d is cr im in an an aly s is   ( L DA) ,   k - n ea r est  n eig h b o r s   (K - NN) ,   s u p p o r v ec t o r   m ac h in e   ( SVM) )   an d   d ee p   lear n i n g   m o d els  ( v is u al  g eo m et r y   g r o u p 16   ( VGG 16 ) VGG1 9 ,   Xce p tio n ,   I n ce p tio n V3 ,   I n ce p tio n R esNetV2 ) ,   SVM  ac h iev es  s u b g r o u p   ac c u r ac ies  o f   9 0 . 6 1 %,   8 2 . 7 1 %,  a n d   8 3 . 9 %,  wh ile  I n ce p tio n R esNetV2   attain s   9 5 . 1 5 %.  Dee p   lear n in g   s u r p ass es  tr ad itio n al  m eth o d s   b y   u p   to   1 1 . 2 4 %,  in d icatin g   p o ten tial  f o r   im p r o v ed   s ee d   q u ality   in s p ec tio n   in   ag r icu ltu r e.   Au k k ap i n y o   et  a l.   [ 4 ]   p r o p o s an   au t o m ated   r ice   g r ain   class if icatio n   ap p r o ac h   u s in g   a   m ask   r e g io n - b ased   c o n v o lu tio n al  n e u r al  n etwo r k   ( R - C NN b ased   m e th o d   a n d   m ar k er - b ased   wate r s h ed   alg o r ith m .   T h eir   m o d e ac h iev es  a   m ea n   av er ag p r ec is io n   ( m AP)   o f   1 . 0   f o r   s tick y   an d   p ad d y   r ice  g r a in s   wh en   alig n ed   m an u ally ,   an d   an   av er ag m AP   o f   ap p r o x im ately   0 . 7 5   f o r   cla s s if y in g   f iv s u b ty p es.  I n tr ig u in g ly ,   th eir   tr ain ed   class if ier   o u tp er f o r m s   h u m a n   ex p er ts   with   an   av e r ag m AP  o f   0 . 8 0 .   Kr is h n a   et  a l.   [ 5 ]   h a v d ev elo p ed   an   a u to m ated   s y s tem   u tili zin g   im a g p r o ce s s in g   tech n iq u es  to   ca teg o r ize  r ice   g r ain s .   T h eir   s y s tem ,   u tili zin g   MA T L AB   with   n eu r al  n etwo r k s   ( NN)   an d   SVM,   ac h iev es  p r ec is a n d   ef f icien ass ess m en o f   r ic q u ality ,   s u r p ass in g   tr ad itio n al  m an u al  m et h o d s .   T h ey   also   s u g g est  im p r o v em en ts   in   s to n id e n tific atio n   ac cu r ac y   t h r o u g h   ad d itio n al   v al id atio n   p r o ce d u r es.   I b r ah im   et  a l.   [ 6 ]   p r o p o s es  an   au to m ated   m eth o d   f o r   class if y in g   r ice   g r ain s   u s in g   im a g p r o ce s s in g   m eth o d s .   T h ey   ap p ly   f ea tu r e x tr ac tio n   tech n iq u es  a n d   m u lti - class   SVM  class if icatio n   to   d is tin g u is h   b etwe en   th r ee   ty p es  o f   r ice,   ac h iev i n g   an   im p r ess iv ac cu r ac y   r ate   o f   9 2 . 2 2 o n   a   test   s et  o f   9 0   im ag es .   R u s lan   et  a l.   [ 7 ]   em p lo y   im a g p r o ce s s in g   tec h n iq u es  co m b in ed   with   m ac h in lear n in g   f o r   th class if icatio n   o f   wee d y   r ice   s ee d s .   T h eir   m eth o d   ac h iev es   an   im p r ess iv 8 5 . 3 s en s itiv ity   an d   9 7 . 9 ac cu r ac y   u s in g   lo g is tic  r eg r ess io n   with   R GB   im ag es.  T h o p tim ized   SVM  m o d el  ac h iev es  h i g h   ac cu r ac y   r ate  o f   9 7 . 3 %.  Sin g h   an d   C h au d h u r y   [ 8 ]   p r esen a   ca s ca d e   n etwo r k   class if ier   d esig n ed   f o r   th e   cla s s if icatio n   o f   r ice  g r ain s .   Utilizin g   a   co m b in atio n   o f   m o r p h o lo g ical,   co lo r ,   tex t u r e,   an d   wav elet  f ea tu r es,  th e   m o d el  ac h iev es  ac cu r ac y   r at es  o f   9 7 . 7 5 with   m o r p h o lo g ical  f ea t u r es a n d   9 6 . 7 5 % with   th r ee   s elec ted   f ea tu r es.   C in ar   an d   Ko k lu   [ 9 ]   f o cu s   o n   class if y in g   f iv e   r ice  v ar ieties  u s in g   m ac h in e   lear n in g   al g o r ith m s ,   ac h iev in g   p ea k   ac cu r ac ies  o f   9 7 . 9 9 with   r an d o m   f o r est  u s in g   m o r p h o l o g ical  f ea tu r es   an d   9 9 . 2 5 u s in g   lo g is tic  r eg r ess io n   f o r   c o lo r   f ea tu r es.  Far a h n ak ian   et  a l.   [ 1 0 ]   in v esti g ate  n o v el  d ee p - lear n in g   m o d els,   ev alu atin g   r esid u al   n etwo r k   ( R esNet) ,   v is u al  g eo m etr y   g r o u p   ( VGG)   n etwo r k ,   E f f icien t Net,   an d   Mo b ileNet.   T h an aly s is   s h o wca s es  E f f ic ien tNet  ac h iev in g   th h ig h est   ac cu r ac y   ( 9 9 . 6 7 %),   wh ile  Mo b ileNet  ex ce ls   in   s p ee d .   Ng et  a l.   [ 1 1 ]   class if y   1 7   Vietn am ese  r ice  v ar ietie s   u s in g   im ag p r o ce s s in g   tec h n iq u es,  ac h iev i n g   ac cu r ac ies  o f   9 3 . 9 4 with   a   n o v el  b in a r y   p ar ticle  s war m   o p tim izatio n   ( B PS O) +SVM   m eth o d   an d   8 9 . 1 with   s p ar s r ep r esen tatio n - b ased   class if icatio n   ( SR C ) .   Ku o   et  a l.   [ 1 2 ]   ac h iev e   an   8 9 . 1 ac cu r ac y   in   id en tify in g   3 0   r ice  g r ain   v a r ieties  u s in g   im ag an aly s is   an d   SR C .   C ar n eir o   et  a l.   [ 1 3 ]   ef f e ctiv ely   ch ar ac ter ize   r ice  g r ain   p h y s ico ch em ical  co m p o s itio n   u s in g   n ea r - in f r a r ed   s p ec tr o s co p y   ( NI R )   with   m ac h in lear n in g   m o d els,  ac h iev in g   h i g h   ac cu r a cy   ( 9 3 . 9 %)  with   th r an d o m   tr ee   m o d el  ( R an d T ) .   Ah m e d   et  a l.   [ 1 4 ]   ca teg o r ize   im ag e - b ased   r ice  g r ain s   u s in g   g eo m et r ic,   d ee p   lear n in g ,   s u p er v is ed ,   u n s u p er v is ed ,   an d   s ta tis tical  ap p r o ac h es,   h ig h lig h tin g   th ef f icac y   o f   d ee p   lear n in g   tech n iq u es.  Srim u ly an an d   Mu s d h o lifa h   [ 1 5 ]   en h an ce   r ice   v ar iety   id en tific atio n   in   I n d o n esia  u s in g   NN ,   ac h iev in g   im p r o v ed   ac cu r ac y   th r o u g h   g e o m etr y   f ea tu r es.  Sin g h   an d   C h au d h u r y   [ 1 6 ]   class if y   f o u r   v ar ieties  o f   b u lk   r ice  g r ai n   im ag es  u s in g   b ac k - p r o p a g atio n   n eu r al  n etwo r k   ( B PNN) ,   ac h iev in g   an   av e r a g class if icatio n   ac cu r ac y   ex ce ed in g   9 6 ac r o s s   all  f ea tu r es  an d   d atasets .   Azn an   et  a l.   [ 1 7 ]   em p lo y e d   c o m p u ter   v is io n   a n d   m ac h in lear n in g   m et h o d s   to   ca teg o r ize  co m m er cial  r ice   s am p les  b ased   o n   d im en s io n less   m o r p h o m etr ic  an d   co l o r   p ar am eter s   ex tr ac ted   f r o m   s m ar tp h o n p h o t o s .   T h eir   ar tific ial  n eu r al  n etwo r k   ( ANN)   m o d el,   u s in g   B ay esian   r eg u lar izatio n   ( B R )   tech n iq u e,   ac h iev e d   th e   h ig h est  class if icatio n   ac cu r ac y   o f   9 3 . 9 am o n g   1 5   r ice  v a r ieties.  Ham za h   an d   Mo h am e d   [ 1 8 ]   d is cu s s ed   th s ig n if ican ce   o f   em p l o y in g   tec h n o lo g y   to   class if y   wh ite  r ice   g r ain   q u ality ,   ac h iev i n g   a   h ig h   ac cu r ac y   o f   9 6 %   u s in g   B PNN.   T o   s u cc ess f u ll y   b r ee d   r ice  an d   s atis f y   cu s to m er   d esire s ,   it  is   ess en tial   to   d eter m in th e   ch ar ac ter is tics   o f   r ice  g r ain   q u ality   ( R GQ) ,   wh ich   in clu d m illi n g ,   s to r ag e,   co o k i n g ,   n u tr itio n al  v alu e,   an d   m ar k et  q u alities .   R eg io n al  p r ef er en ce s   d if f er f o r   ex am p le,   Mid d le  E aster n   cu s to m er s   p r ef er   f r ag r a n t,  well - m illed   lo n g - g r ain   r ice ,   wh er e as  E u r o p ea n s   c h o o s lo n g - g r ain ,   n o n ar o m atic  r ice.   Glo b al   d em an d   f o r   h ig h - q u ality   r ice  is   g r o win g .   I ca n   b v er y   h el p f u to   g e n er at n ew  r ice  v ar ieties  with   im p r o v e d   R GQ  if   th e   g en etic  m ec h a n is m s   u n d er l y in g   g r ai n   q u ality   q u an titativ tr ait  lo ci  ( QT L s )   an d   th e ir   co n s tr ain ts   ar u n d er s to o d   [ 1 9 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   3 J u n e   20 25 :   3 2 1 2 - 3 2 2 5   3214   Ah ad   et  a l.   [ 2 0 ]   co m p a r C NN - b ased   d ee p   lear n in g   ar ch ite ctu r es  f o r   d etec tin g   an d   lo ca li zin g   n in ep id em ic  r ice  d is ea s es  in   B an g lad esh ,   ac h iev in g   a n   ac cu r ac y   o f   9 8 with   an   en s em b le  m o d el.     T r an - T h i - Kim   et  a l.   [ 2 1 ]   class if y   1 7   r ice  g r ain   v ar ieties  u s in g   C NN  m o d els,  ac h ie v in g   a cc u r ac ies  o f   9 2 . 8 2 with   ANN,   9 6 . 4 1 with   m o d if ied   VGG1 6 ,   an d   9 7 . 8 8 with   m o d if ied   R esNet5 0 .   Patel   an d   Sh ar af f   [ 2 2 ]   ca teg o r ize  ten   p ad d y   r ice  v ar ieties  u s in g   im ag p r o ce s s in g ,   ac h iev in g   a d v an tag es  i n   s p ee d   an d   co s t - ef f ec tiv en ess .   Ku r ad e   et  a l.   [ 2 3 ]   in t r o d u ce   c o s t - ef f ec tiv e   r ice  q u ality   ass ess m en s y s t em   u s in g   m ac h in e   lear n in g   alg o r ith m s ,   ac h iev i n g   h ig h   ac cu r ac y   o f   7 7 w ith   r an d o m   f o r est  class if ier .   Dee p ik et  a l.   [ 2 4 ]   ev alu ate  g r ain   q u ality   tr aits   in   2 1   r ice  h y b r i d s   u s in g   d ig it al  im ag in g ,   ac cu r ately   class if y in g   g r ai n   s ize  an d   ty p e,   an d   id en tify i n g   p o ten tial   r eso u r ce s   f o r   ar o m a - ty p r ice  b r ee d in g   p r o g r am s .     T h is   s tu d y   ad d r ess es  th ch allen g es  o f   m an u al  r ice  g r ai n   class if icatio n ,   wh ich   is   o f ten   lab o r - in ten s iv an d   p r o n to   s u b je ctiv in co n s is ten cies.  B y   ap p ly in g   m ac h in e   lear n in g   tec h n iq u es,  we   aim   to   r ev o lu tio n ize  t h class if icatio n   p r o ce s s ,   en s u r in g   p r ec is io n   a n d   co n s is ten cy .   Key   co n tr i b u ti o n s   in clu d e:   a.   Au to m atio n   o f   r ice  g r ain   class if icatio n tr an s itio n in g   f r o m   tr ad itio n al  h u m a n - d ep e n d en t m eth o d s   to   f u lly   au to m ated   s y s tem   u s in g   ad v an ce d   m ac h i n lear n in g   al g o r ith m s ,   in clu d i n g   s u p p o r t   v ec to r   m ac h in ( SVM) Gau s s ian   n aiv B ay e s   ( GNB) lo g is tic   r eg r ess io n   ( L R ) d ec is io n   tr ee   ( DT ) k - n e ar est  n eig h b o r s   (K - NN) ,   an d   r an d o m   f o r est ( R F) .     b.   E n h an cin g   class if icatio n   ac cu r ac y lev er a g in g   d ata - d r iv e n   alg o r ith m s   to   im p r o v t h ac cu r ac y   an d   r eliab ilit y   o f   r ice  g r ain   class if icatio n ,   m ee tin g   t h d em a n d s   o f   p r ec is io n   ag r icu ltu r e.   c.   Featu r ex tr ac tio n   f o r   g r ain   r ep r esen tatio n id en tify in g   an d   ex tr ac tin g   cr itical  m o r p h o lo g ical  f ea tu r es  to   co m p r eh e n s iv ely   r ep r esen t r ic g r ain s ,   en a b lin g   r o b u s t c lass if icatio n .   d.   Per f o r m an ce   e v alu atio n   o f   alg o r ith m s co n d u ctin g   co m p ar ativ an aly s is   o f   v ar io u s   m a ch in lear n in g   m o d els to   id en tif y   th m o s t e f f ec tiv ap p r o ac h   f o r   r ice  g r ain   class if icatio n .   e.   R ig o r o u s   v alid atio n e n s u r in g   r eliab ilit y   th r o u g h   ex ten s iv e   test in g   an d   an aly s is   to   v alid a te  th s y s tem ' s   p er f o r m an ce   ac r o s s   d iv er s r ic g r ain   v a r ieties.   T h is   s tu d y   s ig n if ican tl y   co n tr ib u tes  to   p r ec is io n   a g r ic u ltu r b y   ad v an cin g   th e   s y s tem atic  ca teg o r izatio n   o f   r ice  v ar ietie s ,   p av in g   th e   way   f o r   m o r c o n s is ten an d   ef f icien ag r icu l tu r al  p r ac tices.  T h e   s u b s eq u en s ec tio n s   o f   th is   p ap er   u n f o ld   s ea m less ly ,   with   s ec tio n   2   d etailin g   m ater ials   an d   m eth o d s   f o r   r ice   g r ain   class if icatio n   u tili zin g   d iv er s m ac h i n lear n i n g   a lg o r ith m s ,   s ec tio n   3   o f f er i n g   co m p r eh e n s iv an aly s is   o f   r esu lts ,   an d   s ec tio n   4   en ca p s u latin g   o u r   f in d in g s   wh ile  p r o p o s in g   av e n u es  f o r   f u tu r r esear ch   in   th d o m ain   o f   r ice  g r ain   class if icatio n .       2.   M AT E R I AL S AN M E T H O DS   T h is   s ec tio n   o u tlin es  th s eq u en tial  p r o ce s s   im p lem e n ted   to   ac h iev th e   o b jectiv es  o f   r ice  g r ain   class if icatio n .   T h f lo wch ar s h o wn   in   Fig u r 1   illu s tr ates  th o v e r all  p r o ce s s   o f   r ice  g r ain   class if icatio n   m eth o d o l o g y .   T h s u b s ec tio n s   s p an n in g   f r o m   2 . 1   to   2 . 6   will p r o v id b r ief   o v er v iew  o f   ea ch   s tep   o u tlin ed   in   th f lo wch ar t.           Fig u r 1 .   I n f o g r ap h ic  f lo wch a r t o f   o v er all  p r o ce s s       2 . 1   Da t a   c o llect io n   T h s tu d y   b eg in s   with   th co llectio n   o f   d ata  f r o m   p u b lic ly   av ailab le  r ep o s ito r y   o n   Kag g le  [ 2 5 ] T h d ataset  is   s y s tem atica lly   o r g an ized   in t o   m ain   d ir ec to r y   n am e d   'R ice_ Data s et, wh ich   co n tain s   f iv e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Mo r p h o lo g ica l fe a tu r es fo r   mu lti - mo d el  r ice  g r a in   cla s s ifica tio n   ( S u ma   D. )   3215   s u b f o ld er s .   E ac h   s u b f o ld er   r ep r esen ts   s p ec if ic  class   lab el  co r r esp o n d in g   to   d if f er e n v ar ieties  o f   r ice:   Ar b o r io ,   B asm ati,   Sala,   J as m in e,   an d   Kar ac a d ag .   T h ese  s u b f o ld er s   co llectiv ely   h o u s to tal  o f   7 5 , 0 0 0   im ag es,  with   ea ch   class   f o ld er   co n tain in g   p r ec is ely   1 5 , 0 0 0   im ag es.  T h is   well - s tr u ctu r ed   d ataset  s er v es  as  a   r o b u s f o u n d atio n   f o r   th cla s s if icatio n   task ,   en s u r in g   b alan ce d   an d   co m p r eh e n s iv r ep r esen tatio n   o f   th e   f iv r ice  v ar ieties.  Su ch   m eticu lo u s   o r g an izatio n   aid s   in   ef f ec tiv p r ep r o ce s s in g ,   tr ain in g ,   an d   ev alu atio n   o f   th class if icatio n   m o d els d ev e lo p ed   in   t h s tu d y .     2 . 2 .     Da t a   pr epa ra t io n   Up o n   ac q u ir in g   th im a g es  f r o m   th Ka g g le  r e p o s ito r y ,   a   Pan d as  Data Fra m e,   d e p icted   in   T ab le  1 ,   is   g en er ated   to   s y s tem atica lly   ar r an g th d ata.   T h Data Fra m e   co m p r is es  two   p r im ar y   co lu m n s o n f o r   s to r in g   th f ile  p ath s   d ir ec tin g   t o   th e   g ath er ed   im ag es  a n d   an o th e r   f o r   th e   co r r esp o n d in g   class   lab els.  T h is   o r g an ized   f o r m at  f a cilitates  ef f icien m an ip u latio n   a n d   a n aly s is   o f   th e   d ataset.   I n   th is   p h ase,   im a g e s   wer tr an s f o r m e d   in to   g r ay s ca les  an d   s u b jecte d   to   Ots u s   th r esh o ld in g   f o r   b in ar y   s eg m en tatio n .   C o n n ec ted   co m p o n en lab elin g   id en tifie d   d is tin ct  r eg io n s ,   f ac ilit atin g   ess en tial   p r o p er ty   ex tr ac tio n .   T h ese  p r ep r o ce s s in g   s tep s   aim   to   n o r m alize   an d   s tr ea m lin d at f o r   ef f icien f ea tu r ex t r ac tio n .   T h Fig u r es  2 ( a) ,   2 ( b ) ,   an d   2 ( c)   d ep ict  th e   o r ig in al,   g r ay s ca le,   an d   s eg m e n ted   r ice  g r ain   im ag es,  r esp ec t iv ely .       T ab le  1 .   Data Fra m s am p les c o m p r is in g   im a g p ath s   an d   co r r esp o n d i n g   lab els   S l .   N o .   F i l e   p a t h   La b e l   1   R i c e _ D a t a se t / A r b o r i o / A r b o r i o   ( 9 0 9 9 ) . j p g   A r b o r i o   2   R i c e _ D a t a se t / A r b o r i o / A r b o r i o   ( 9 1 ) . j p g   A r b o r i o         7 4 9 9 9   R i c e _ D a t a se t / K a r a c a d a g / K a r a c a d a g   ( 1 0 8 9 7 ) . j p g   K a r a c a d a g   7 5 0 0 0   R i c e _ D a t a se t / K a r a c a d a g / K a r a c a d a g   ( 1 0 8 9 8 ) . j p g   K a r a c a d a g             ( a)   ( b )   ( c)     Fig u r 2 .   Pre p r o ce s s in g   s tep s   ( a)   o r ig i n al  im ag e ,   ( b )   g r ay s ca le  im ag e an d   ( c)   s eg m e n ted   i m ag e       T h r atio n ale  b eh i n d   th p r e - p r o ce s s in g   tech n iq u es  em p lo y ed   lies   in   th eir   ab ilit y   to   s tan d ar d ize  an d   en h an ce   t h q u ality   o f   th e   in p u d ata   f o r   s u b s eq u e n an al y s is .   C o n v er tin g   im a g es  to   g r ay s ca le  s im p lifie s   co m p u tatio n al   co m p le x ity   wh ile  p r eser v in g   ess en tial  v is u al   in f o r m atio n   n ec ess ar y   f o r   class if icatio n .   Ots u 's   th r esh o ld in g   f o r   b in a r y   s eg m e n tatio n   en a b les  th s ep ar atio n   o f   r ice   g r ain s   f r o m   th b ac k g r o u n d ,   f ac ilit atin g   m o r p r ec is f ea tu r e x tr ac tio n .   Ad d itio n ally ,   co n n ec ted   c o m p o n e n lab elin g   aid s   in   id en t if y in g   an d   is o latin g   d is tin ct  r eg io n s   with in   th e   s e g m en ted   im a g es,  th er e b y   e n h an cin g   th e   ac cu r ac y   o f   m o r p h o lo g ical  p r o p er ty   ex tr ac tio n .   O v er all,   th ese  p r e - p r o ce s s in g   s tep s   aim   to   s tr ea m lin th d ata  an d   o p tim ize  it   f o r   ef f icien f ea tu r ex tr ac tio n ,   u ltima tely   im p r o v in g   th p er f o r m an ce   o f   th clas s if icatio n   m o d el.     2 . 3 .     F e a t ur ex t ra c t io n   T h f ea tu r ex tr ac tio n   p h ase  i n v o lv es  tr an s f o r m in g   r aw  d at in to   f o r m at  s u itab le  f o r   m o d elin g .   I n   th is   p h ase,   ess en tial   1 3   m o r p h o lo g ical  f ea tu r es  wer d er iv ed   f r o m   th s eg m en ted   r ice  g r ain   im ag es.  T h is   in clu d es  ch ar ac ter is tics   s u ch   as  m ajo r   an d   m i n o r   ax is   len g th s ,   p er im eter ,   ec ce n tr icity ,   ar ea ,   co n v ex   ar ea ,   ex ten t,  s o lid ity ,   o r ien tatio n ,   e q u iv alen d iam eter ,   co m p ac tn ess ,   asp ec r atio ,   an d   r o u n d n ess .   T h m ajo r   an d   m in o r   ax is   len g th s   r ep r esen t t h lo n g est an d   s h o r test   d iam et er s   o f   th r ice  g r ain ,   r esp ec tiv ely .   Per im eter   r ef er s   to   th len g th   o f   th r ice  g r ai n 's  b o u n d ar y ,   wh ile  ec ce n tr icit y   d escr ib es  th s h ap o f   th r ice  g r ain 's  ellip s e .   Ar ea   an d   co n v ex   ar ea   q u a n tify   th e   s ize  o f   th r ice  g r ain   a n d   its   co n v e x   h u ll,  r esp ec tiv ely .   E x ten m ea s u r es  t h e   r atio   o f   th e   ar ea   o f   t h r ice   g r ain   to   th e   ar ea   o f   its   b o u n d in g   b o x ,   p r o v id i n g   i n s ig h ts   in to   th e   ex ten o f   co v er ag e.   So lid ity   in d icate s   th co m p ac tn ess   o f   t h r ice  g r ain ,   ca lcu lated   as  t h r atio   o f   th ar ea   o f   th e   r ice   g r ain   to   its   co n v ex   a r ea .   Or ie n tatio n   d escr ib es  th a n g le  o f   th m ajo r   a x is   o f   th r ice  g r ai n 's  b o u n d in g   ellip s with   th h o r izo n tal   ax is .   E q u iv alen d iam eter   r ep r esen ts   th d iam eter   o f   ci r cle  with   th e   s am ar ea   as  t h r ic e   g r ain .   C o m p ac tn ess   q u an tifie s   h o clo s ely   th r ice  g r ain 's  s h ap ap p r o ac h es  th at  o f   cir cle.   Asp ec r atio   i s   th r atio   o f   th m ajo r   ax is   len g th   to   th m in o r   ax is   len g t h ,   in d icatin g   elo n g atio n   o r   c o m p ac tn ess .   L astl y ,   r o u n d n ess   m ea s u r es  h o clo s th r ice  g r ain 's  s h ap e   is   to   p er f ec ci r cle,   with   v al u o f   1   in d icatin g   a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   3 J u n e   20 25 :   3 2 1 2 - 3 2 2 5   3216   p er f ec cir cle.   T h ese  m o r p h o lo g ical  f ea tu r es  wer e   ca r ef u lly   s elec ted   f o r   t h eir   r elev an ce   to   r ice  g r ai n   ch ar ac ter is tics   an d   th eir   p o ten t ial  to   co n tr ib u te  t o   ac cu r ate  cl ass if icatio n .   T h ese  f ea tu r es  s er v e   as  q u an t itativ d escr ip to r s ,   ca p tu r in g   cr u cial  in f o r m atio n   ab o u th e   s h ap an d   s tr u ctu r o f   in d iv id u al   r ice  g r ain s .   T h ex tr ac tio n   p r o ce s s   f ac ilit ates  th cr ea tio n   o f   f ea tu r m atr ix ,   f o r m in g   th b asis   f o r   s u b s eq u en m ac h in lear n in g   m o d el  tr ain in g   an d   an aly s is .   Fu r th er m o r e,   th ese   ex tr ac ted   f ea tu r es  wer wr itten   to   C S V   f ile  f o r   co m p r eh e n s iv d ata  s to r ag a n d   f u r t h er   ex p l o r atio n .   T ab le  2   v is u ally   p r esen ts   th Fil p ath ,   L a b el  an d   th e   1 3   ex tr ac te d   m o r p h o lo g ical  f ea tu r es  f o r   th r ee   r ice  g r ai n   i m ag es,  p r o v id in g   v is u al  r ep r esen tatio n   o f   th q u an titativ ch ar ac ter is tics   d er iv ed   f r o m   th im ag e   an aly s is   p r o ce s s .       T ab le  2 .   Fil p ath ,   lab el,   an d   t h 1 3   e x tr ac ted   m o r p h o lo g ical   f ea tu r es o f   r ice  s am p les   F i l e   p a t h   La b e l   A r e a   P e r i me t e r   M a j o r   a x i s   M i n o r   a x i s   Ex t e n t   R i c e _ D a t a se t / A r b o r i o / A r b o r i o ( 9 0 9 9 ) . j p g   A r b o r i o   7 8 3 5   3 6 6 . 1 3 2   1 3 8 . 3 1 6   7 3 . 3 1 9   0 . 6 2 5   R i c e _ D a t a se t / A r b o r i o / A r b o r i o ( 9 1 ) . j p g   A r b o r i o   7 6 2 5   3 6 1 . 9 8 9   1 3 6 . 5 8 4   7 2 . 4 2 8   0 . 6 3 5   R i c e _ D a t a se t / A r b o r i o / A r b o r i o ( 9 1 0 ) . j p g   A r b o r i o   6 8 5 9   3 4 2 . 9 3 6   1 3 5 . 9 2 6   6 4 . 7 5 0   0 . 7 6 4                 E c c e n t r i c i t y   C o n v e x   a rea   S o l i d i t y   Ori e n t a t i o n   E q u i v a l e n t   d i a me t e r   C o mp a c t n e ss   A sp e c t   r a t i o   R o u n d n e ss   0 . 8 4 7   8 0 7 6   0 . 9 7 0   0 . 7 2 8   9 9 . 8 7 9   1 . 3 6 1   1 . 8 8 6   0 . 5 2 1   0 . 8 4 7   7 8 7 2   0 . 9 6 8   - 0 . 6 2 2   9 8 . 5 3 1   1 . 3 6 7   1 . 8 8 5   0 . 5 2 0   0 . 8 7 9   6 9 8 6   0 . 9 8 1   - 0 . 1 1 3   9 3 . 4 5 1   1 . 3 6 4   2 . 0 9 9   0 . 4 7 3                       2 . 4 .     F e a t ur s elec t io n   I n   th f ea tu r s elec tio n   s tag e,   m eticu lo u s   p r o ce s s   is   u n d er tak en   to   id e n tify   an d   r etain   th m o s in f o r m ativ e   s u b s et  o f   f ea tu r es  am o n g   th e   ex tr ac ted   m o r p h o lo g ical  d escr ip to r s .   R ec u r s iv f ea tu r elim in atio n   ( R FE)   is   em p lo y e d   t o   s y s tem atica lly   elim in ate  less   s ig n if ican f ea tu r es,  en s u r in g   th at  th r ef in ed   f ea tu r s et  m ain tain s   th h ig h est  r elev an ce   f o r   s u b s eq u en t   m ac h in e   lear n in g   m o d el  t r ain in g .   T h is   s tr ateg ic  s elec tio n   en h an ce s   m o d el  in ter p r etab ili ty ,   m itig ates  o v er f itti n g ,   an d   o p tim izes  th p r ed ictiv ca p a b ilit y   o f   th ch o s en   f ea tu r es.     2 . 5 .     Appl y   ma chine le a rning   a lg o rit hm s     T h m ac h in lear n in g   alg o r ith m s   u s ed   in   th is   s tu d y   ar e   s u m m ar ized   in   T ab le   3 ,   p r o v id in g   a   co m p r eh e n s iv o v er v iew  o f   th class if icat io n   m eth o d s   em p l o y ed .   Su p p o r v ec to r   m ac h in e s   ar em p lo y ed   f o r   th eir   ef f ec tiv en ess   in   h an d lin g   co m p lex   d ec is io n   b o u n d a r ies  an d   h ig h - d im e n s io n al  f ea tu r e   s p ac es.  Giv en   th in tr icate   m o r p h o lo g ical   ch ar ac ter is tics   o f   r ice  g r ain s ,   S VM 's  ab ilit y   to   cr ea te  o p tim al  h y p e r p lan es  f o r   class if icatio n   is   ad v an tag eo u s .   T h lin ea r   k er n el  is   ch o s en   f o r   its   s im p licity   an d   s u itab ilit y   f o r   th d ataset.   R an d o m   Fo r ests   ar c h o s en   f o r   th eir   r o b u s tn ess   an d   a b ilit y   to   h an d le   m an y   f ea tu r es.  I n   th co n tex o f   r ice   g r ain   class if icatio n ,   wh er n u m er o u s   m o r p h o lo g ical  f ea t u r e s   co n tr ib u te  to   th d if f e r en tiatio n   o f   class es,  R F   p r o v id es  an   en s em b le  o f   d ec i s io n   tr ee s   f o r   im p r o v ed   ac cu r ac y .   Settin g   th tr ee   co u n in   th f o r est  at  1 0 0   ac h iev es  b alan ce   b etwe en   c o m p u tatio n al  ef f icien c y   an d   t h ef f ec tiv en ess   o f   th m o d el.   L o g is tic  r eg r ess io n   is   s elec ted   f o r   its   s im p licity   an d   ef f icien cy   in   b in ar y   an d   m u lticlas s   clas s if icatio n   t ask s .   I n   r ice  g r ain   class if icatio n ,   wh er in ter p r et ab ilit y   is   v alu ab le ,   L R   p r o v i d es  s tr aig h tf o r war d   p r o b ab ili s tic  f r am ewo r k .   T h 'sag a'  s o lv er   is   em p lo y ed   f o r   o p tim izatio n .   T h iter atio n   lim i t is estab lis h ed   at  1 4 , 0 0 0   t o   en s u r co n v er g e n ce .       T ab le  3 .   Ma ch in e   lear n in g   alg o r ith m s   u s ed   f o r   class if icatio n   A l g o r i t h m   D e scri p t i o n   S u p p o r t   v e c t o r   ma c h i n e   S u p e r v i se d   l e a r n i n g   m o d e l   f o r   c l a ssi f i c a t i o n   t a s k s   R a n d o f o r e s t   En se mb l e   l e a r n i n g   m e t h o d   f o r   c l a ssi f i c a t i o n   t a s k s   Lo g i s t i c   r e g r e ssi o n   R e g r e ssi o n   a n a l y si s   f o r   b i n a r y   c l a ssi f i c a t i o n   t a s k s   D e c i s i o n   t r e e   T r e e - l i k e   mo d e l   f o r   c l a ss i f i c a t i o n   a n d   r e g r e ss i o n   t a s k s   G a u ss i a n   n a i v e   B a y e s   P r o b a b i l i st i c   c l a ssi f i e r   b a s e d   o n   B a y e s' t h e o r e m   K - n e a r e s t   n e i g h b o r s   I n st a n c e - b a se d   l e a r n i n g   m e t h o d   f o r   c l a ssi f i c a t i o n       Dec is io n   tr ee s   ar s elec ted   f o r   th eir   in ter p r etab ilit y   an d   s u ita b ilit y   f o r   b o th   n u m er ical  an d   ca teg o r ical  d ata.   I n   r ice   g r ain   class if icatio n ,   wh er e   u n d er s tan d in g   th d ec is io n   p ath   is   cr u cial,   d ec is io n   tr ee s   p r o v id a   clea r   s tr u ctu r b ased   o n   m o r p h o lo g ical  f ea tu r es.  R ed u ce d   er r o r   p r u n in g   ( R E P)  is   ap p lied   to   o p tim ize  th tr ee   s tr u ctu r b y   r em o v in g   u n n ec e s s ar y   b r an c h es  an d   p r ev en t   o v er f itti n g .   Gau s s ian   n aiv e   B ay es  is   ch o s en   f o r   its   s im p licity   an d   ef f ec tiv en ess   in   h an d lin g   co n tin u o u s   d ata.   I n   th co n te x o f   r ice  g r ain   cl ass if icatio n ,   wh er Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Mo r p h o lo g ica l fe a tu r es fo r   mu lti - mo d el  r ice  g r a in   cla s s ifica tio n   ( S u ma   D. )   3217   m o r p h o lo g ical  f ea tu r es  ca n   b co n s id er ed   as  co n tin u o u s   v ar iab les,  GNB's   as s u m p tio n   o f   f ea tu r in d ep en d en ce   s im p lifie s   th m o d elin g   p r o ce s s .   T h u tili za tio n   o f   K - NN   is   d o n d u t o   its   s im p licity   an d   ca p ac ity   to   ca p tu r e   lo ca p a tter n s   with in   th d ata.   I n   r i ce   g r ain   class if icatio n ,   wh er th s im ilar ity   o f   m o r p h o lo g ical  f ea tu r es  is   s ig n if ican t,  K - NNs  ap p r o ac h   o f   ass ig n in g   lab els  b ased   o n   n ei g h b o r in g   in s tan ce s   p r o v es e f f ec tiv e.   T h n u m b er   o f   n eig h b o r s   ( k )   is   s et  to   5   f o r   b alan ce d   tr a d e - o f f   b etwe en   b ias an d   v ar ia n ce .   T h r atio n ale  b eh in d   th s elec tio n   o f   s p ec if ic  m ac h in lear n in g   alg o r ith m s   s tem s   f r o m   th e ir   p r o v e n   ef f ec tiv en ess   in   class if icat io n   task s ,   p ar ticu lar ly   in   co n tex ts   lik r ice  g r ain   class if icati o n .   Su p p o r v ec to r   m ac h in e   is   ch o s en   f o r   its   a b ilit y   to   h an d le  h ig h - d im en s io n al  d ata  an d   n o n - lin ea r   d ec is io n   b o u n d a r ies  ef f ec tiv ely .   R an d o m   f o r est  is   s elec ted   d u to   its   r o b u s tn ess   to   o v er f itti n g   an d   its   ca p ab il ity   to   h an d le  lar g d atasets   with   h ig h   d im en s io n ality .   L o g is tic  r eg r ess io n   is   in clu d ed   f o r   its   s im p licity ,   in ter p r etab ilit y ,   an d   s u itab ilit y   f o r   b in ar y   class if icatio n   task s .   Dec i s io n   tr ee   is   c h o s en   f o r   its   in tu itiv r ep r esen tatio n   o f   d ec is io n   r u les  an d   ea s o f   u n d e r s tan d in g .   Ga u s s ian   n aiv B ay es  is   in clu d ed   f o r   its   s im p licity ,   s ca lab ilit y ,   an d   ef f icien cy ,   p ar ticu lar ly   in   ca s es  o f   s m all  tr ain in g   d atasets .   L astl y ,   k - n ea r est  n eig h b o r s   ar e   s elec ted   f o r   th eir   s im p licity   an d   f lex ib ilit y   in   h an d lin g   m u lti - class   class if icat io n   p r o b lem s ,   r ely in g   o n   lo ca in f o r m atio n   r ath e r   th an   ass u m in g   s p ec if ic   d ata  d is tr ib u tio n .   C o llectiv ely ,   th ese  alg o r ith m s   o f f er   a   d iv er s r a n g o f   m eth o d o l o g ies  th at  c o m p le m en ea ch   o th er ,   e n s u r in g   co m p r eh en s iv e   ex p lo r atio n   o f   th r ice   g r ai n   class if icatio n   p r o b lem .   Fu r th e r m o r e,   th e   o p tim izatio n   o f   h y p er p ar am eter s   in v o lv ed   tech n iq u es  s u ch   as  g r i d   s ea r ch ,   wh ich   s y s tem atica lly   ex p lo r es  d iv e r s p ar am ete r   co m b i n atio n s   to   id en tif y   t h o p tim al  m o d el.   Ad d itio n ally ,   cr o s s - v alid atio n   was  u tili ze d   to   en h a n ce   th is   p r o ce s s   b y   e v alu atin g   th e   m o d el's  g en er aliza tio n   ab ilit y   ac r o s s   v ar io u s   d ata  s u b s ets.  T h r o u g h   th ese  m eth o d o lo g ies,  o u r   m o d els  wer f in e - tu n ed   to   attain   o p tim al  p er f o r m an ce   o n   t h d a taset wh ile  m itig atin g   th r is k   o f   o v e r f itti n g .     2 . 6 .     M o del  ev a lua t i o n a nd   da t a   v is ua liza t io n   I n   th is   p h ase,   co m p r eh e n s iv s et  o f   m etr ics  an d   tec h n i q u es  h as  b ee n   em p lo y ed   t o   ass es s   an d   p o r tr ay   th p er f o r m an ce   o f   th class if icatio n   m o d els.  T h c o n f u s io n   m atr i x   p r esen ts   d etailed   b r ea k d o w n   o f   p r ed icted   an d   ac t u al  class   lab e ls ,   s h ed d in g   lig h t o n   th m o d e l's   clas s if icatio n   p er f o r m an ce .   Fig u r 3   illu s tr ates  th co n f u s io n   m atr i x   f o r   m u lticlas s   cla s s if ica tio n ,   aid in g   in   th in ter p r etatio n   o f   class if icatio n   r esu lts .   Fro m   th co n f u s io n   m atr ix ,   s ev e r al  m etr ics  ar ca lcu lated   to   h o li s tically   ass e s s   th p er f o r m an c o f   t h r ice   g r ain   class if icatio n   m o d el.   E q u atio n s   ( 1 ) - ( 4 )   p r o v id f o r m u las  f o r   av er ag e d   p r ec is io n ,   av er a g ed   r ec all,   F1 - s co r e,   an d   av er a g ed   ac c u r ac y   ca lc u latio n s .           Fig u r 3 .   C o n f u s io n   m atr i x   f o r   m u lticlas s   class if icatio n       A v e r a ge   pr e c ision   =     +  = 1           ×   100   ( 1 )     A v e r a ge   r e c a l l   =         +    = 1           ×   100   ( 2 )     F1 s c or e   =       2     ×       +    = 1           ×         +    = 1           +    = 1           +         +    = 1         ×   100   ( 3 )     A v e r a ge   a c c ur a c y   =    +     +    +    +    = 1           ×   100   ( 4 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   3 J u n e   20 25 :   3 2 1 2 - 3 2 2 5   3218   3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   T h p er f o r m a n ce   ev alu atio n   o f   o u r   r ice  g r ain   class if icatio n   m o d els  was  ca r r ied   o u o n   s y s tem   eq u ip p e d   with   d u al - co r I n t el®  C o r e   i3 - 2 3 7 0 p r o ce s s o r   an d   4 GB   o f   R AM .   T o   ass e s s   th ef f ec tiv en es s   o f   th m o d els  in   d is tin g u is h in g   b etwe en   d if f er en v ar ieties  o f   r ice,   we  em p lo y ed   v a r io u s   m etr ics  as  o u tlin ed   in   s ec tio n   3 ,   in clu d i n g   3 . 1   co n f u s io n   m atr ix ,   3 . 2   p er f o r m a n ce   m etr ics ,   3 . 3   r ec ei v er   o p e r atin g   ch ar ac ter is tic  ( R OC )   cu r v e ,   an d   3 . 4   p er f o r m an ce   co m p ar is o n   an d   ju s tific at io n   o f   th p r o p o s ed   m o d el .   T h ese  m etr ics,  alo n g   with   th s u b s eq u en t d is cu s s io n ,   p r o v id c o m p r eh en s iv ev alu atio n   o f   t h class if icatio n   m o d els.      3 . 1 .     Co nfusi o ma t rix     I n   T ab les  4   to   9 ,   th c o n f u s io n   m atr ices  d ep ict  th e   p e r f o r m an ce   o f   v a r io u s   m o d els - SVM,   R F ,   L R ,   DT ,   GNB,  an d   K - NN  r esp ec ti v ely .   E ac h   r o s ig n if ies  th tr u class ,   an d   ea c h   co lu m n   d e n o tes  th p r ed icted   class .   Diag o n al  elem en ts   ( to p - lef to   b o tto m - r i g h t)   s ig n if y   ac cu r ate  p r ed ictio n s ,   wh ile  o f f - d iag o n al  elem en ts   in d icate   m is class if icatio n s .       T ab le  4 .   C o n f u s io n   m atr ix   f o r   SVM     P r e d i c t e d   La b e l s   T r u e   L a b e l s     A r b o r i o   B a sm a t i   I p sal a   Jasmi n e   K a r a c a d a g   A r b o r i o   3 6 1 8   0   1   10   1 3 4   B a sm a t i   0   3 5 3 9   0   1 9 0   0   I p sal a   10   0   3 8 6 2   10   0   Jasmi n e   8   1 3 1   6   3 5 4 8   1   K a r a c a d a g   90   0   0   0   3 5 9 2       T ab le  5 .   C o n f u s io n   m atr ix   f o r   R F     P r e d i c t e d   La b e l s   T r u e   L a b e l s     A r b o r i o   B a sm a t i   I p sal a   Jasmi n e   K a r a c a d a g   A r b o r i o   3 6 0 1   0   7   8   1 4 7   B a sm a t i   0   3 5 6 4   0   75   0   I p sal a   7   0   3 8 6 2   13   0   Jasmi n e   7   97   7   3 5 8 2   1   K a r a c a d a g   98   0   0   0   3 5 8 4       T ab le  6 .   C o n f u s io n   m atr ix   f o r   L R     P r e d i c t e d   La b e l s   T r u e   L a b e l s     A r b o r i o   B a sm a t i   I p sal a   Jasmi n e   K a r a c a d a g   A r b o r i o   3 5 2 8   0   4   25   2 0 6   B a sm a t i   0   3 5 3 1   0   1 9 8   0   I p sal a   43   0   3 8 3 4   5   0   Jasmi n e   19   1 3 5   11   3 5 2 5   4   K a r a c a d a g   92   0   0   0   3 5 9 0       T ab le  7 .   C o n f u s io n   m atr ix   f o r   DT     P r e d i c t e d   La b e l s   T r u e   L a b e l s     A r b o r i o   B a sm a t i   I p sal a   Jasmi n e   K a r a c a d a g   A r b o r i o   3 5 8 0   0   3   11   1 6 9   B a sm a t i   1   3 6 6 1   0   67   0   I p sal a   9   0   3 8 5 8   14   1   Jasmi n e   4   1 0 5   11   3 5 7 3   1   K a r a c a d a g   75   0   0   0   3 6 0 7       T ab le  8 .   C o n f u s io n   m atr ix   f o r   GNB     P r e d i c t e d   La b e l s   T r u e   L a b e l s     A r b o r i o   B a sm a t i   I p sal a   Jasmi n e   K a r a c a d a g   A r b o r i o   3 6 0 3   0   0   18   1 4 2   B a sm a t i   0   3 5 6 0   0   1 6 9   0   I p sal a   ` 1 7   0   3 4 8 0   25   0   Jasmi n e   0   79   1   3 6 1 3   1   K a r a c a d a g   1 1 2   0   0   0   3 5 7 0       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Mo r p h o lo g ica l fe a tu r es fo r   mu lti - mo d el  r ice  g r a in   cla s s ifica tio n   ( S u ma   D. )   3219   3 . 2 .     P er f o rma nce  met rics    Fig u r es  4   to   7   co m p ar e   th e   p r ec is io n ,   r ec all,   F1 - s co r e,   an d   ac cu r ac y   o f   s ix   m ac h in lear n in g   m o d els  in   class if y in g   f iv d if f er en ty p es  o f   r ice  g r ain s .   I n   ter m s   o f   p r ec is io n   in   Fig u r 4 ,   K - NN  ac h iev es  th h ig h est   av er ag p r ec is io n   ( 9 7 . 6 0 %),   f o llo wed   b y   R ( 9 7 . 4 0 %),   DT   ( 9 7 . 4 0 %),   GNB  ( 9 7 . 0 0 %),   SVM  ( 9 6 . 6 0 %),   an d   L R   ( 9 6 . 0 0 %).   Fo r   r ec all  in   Fig u r 5 ,   K - NN  ag ain   lea d s   with   th h ig h est av er ag r ec all  ( 9 7 . 8 0 %),   with   R F a n d   DT   ( b o th   9 7 . 4 0 %),   GNB  ( 9 7 . 0 0 %),   SVM  ( 9 6 . 8 0 %),   a n d   L R   ( 9 6 . 2 0 %)  f o llo win g .   Similar ly ,   f o r   th e   F1 - s co r e   in   Fig u r 6 ,   K - NN  m ain tain s   th h ig h est  av e r ag F1 - s co r e   ( 9 7 . 8 0 %),   f o llo wed   b y   R an d   DT   ( b o th   9 7 . 6 0 %) ,   SVM  an d   GNB ( b o th   9 7 . 0 0 %) ,   an d   L R   ( 9 6 . 0 0 %).   Fin ally ,   in   ter m s   o f   ac cu r ac y   i n   Fig u r 7 ,   K - NN  em er g es a s   th h ig h est - p er f o r m i n g   class if ier   with   9 7 . 8 0 ac cu r ac y ,   f o llo wed   b y   R ( 9 7 . 5 1 %),   D T   ( 9 7 . 4 8 %),   GNB   ( 9 6 . 9 9 %),   an d   b o t h   SVM  an d   L R   ( 9 6 . 8 5 %).       T ab le  9 .   C o n f u s io n   m atr ix   f o r   K - NN     P r e d i c t e d   La b e l s   T r u e   L a b e l s     A r b o r i o   B a sm a t i   I p sal a   Jasmi n e   K a r a c a d a g   A r b o r i o   3 6 1 0   0   1   8   1 4 4   B a sm a t i   2   3 5 6 4   0   73   0   I p sal a   ` 1 1   0   3 8 5 6   15   0   Jasmi n e   6   1 7 6   6   3 6 0 5   1   K a r a c a d a g   78   0   0   0   3 6 0 4           Fig u r 4 .   C o m p a r is o n   o f   p r ec i s io n   o f   v a r io u s   m ac h i n lear n i n g   m o d els f o r   r ice   g r ain   class if icatio n           Fig u r 5 .   C o m p a r is o n   o f   r ec al l o f   v ar i o u s   m ac h in lea r n in g   m o d els f o r   r ice  g r ain   class if icatio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   3 J u n e   20 25 :   3 2 1 2 - 3 2 2 5   3220       Fig u r 6 .   C o m p a r is o n   o f   F 1 - s co r o f   v ar io u s   m ac h in lear n in g   m o d els f o r   r ice   g r ain   class if icatio n           Fig u r 7 .   C o m p a r is o n   o f   ac cu r ac y   o f   v ar io u s   m ac h in lear n i n g   m o d els f o r   r ice   g r ain   class if icatio n       3 . 3   Rec eiv er   o pera t ing   cha r a ct er is t ic  ( RO C)   curv e   I n   m u lti - class   class if icatio n ,   th R OC   cu r v s ig n i f ies  th o v er all  d is cr im in ato r y   p o wer   o f   th m o d el   ac r o s s   all  class es.  T h ar ea   u n d er   th R OC   c u r v ( AUC)  p r o v id es  m ea s u r o f   th e   m o d el’ s   ab ilit y   to   d is tin g u is h   b etwe en   d if f er en t   class es,  with   h ig h er   AUC  in d icatin g   b etter   p er f o r m a n ce .   Ov er all,   th e   R OC   cu r v f o r   m u lti - class   class if ic atio n   p r o v id es  v alu ab le  i n s ig h ts   in to   th m o d el’ s   class if icatio n   ac cu r ac y   ac r o s s   m u ltip le  class es  an d   th ef f ec t iv en ess   o f   th ch o s en   d is cr im in atio n   th r esh o ld .   T o   en h an ce   t h in ter p r etab ilit y   o f   th r esu lts ,   R OC   cu r v es  h av b ee n   u tili ze d .   Ad d itio n ally ,   th AUC  i s   ca lcu lated ,   p r o v i d in g   s u m m ar ize d   m etr ic  f o r   th m o d el’ s   d is cr im in atio n   ab ilit y .   T h r o b u s elu cid atio n   o f   th m o d els’   ef f ec tiv en ess   in   th e   in tr icate   task   o f   r ice  g r ain   cla s s if icatio n   is   ac h iev ed   th r o u g h   th co n ce r ted   ap p licatio n   a n d   in teg r atio n   o f   a   d i v e r s e   a r r a y   o f   m o d e l   e v a l u a tio n   t e c h n i q u e s   a n d   s o p h is t ic a t ed   d a t a   v is u a li z a t i o n   m e t h o d s .   W e   p e r f o r m e d   a   o n e - w a y   a n a l y s is   o f   v a r ia n c e   ( ANO V A )   s t a t is ti c a t es t   t o   as s e s s   if   t h e r e   we r e   a n y   s t at is t i ca l l y   s ig n i f i c a n t   v a r i at i o n s   i n   a c c u r a c y   a c r o s s   t h e   m ea n s   o f   t h e   s i x   d i f f e r e n t   m o d e ls   u t il i z e d   i n   t h e   a n a l y s i s .   T h e   o b ta i n e d   h i g h   p - v a l u e   i n d i c a t es   t h a t   o u r   m o d e ls   r e v e al   n o   n o t a b l e   d i s p a r it i es   i n   a c c u r a c y   a m o n g   t h e   m a c h i n e   l e a r n i n g   m o d e l s .   Fig u r e s   8 ( a)   t o   8 ( f )   illu s tr ate s   th R OC   cu r v es  f o r   s ix   cl ass if icatio n   m o d els - SVM,   R F ,   L R ,   DT ,   GNB,  an d   K - NN  r esp ec tiv ely .   T h ese  cu r v es  v is u ally   r ep r e s en ea ch   m o d el’ s   ab ilit y   to   d is tin g u is h   b etwe en   tr u p o s itiv an d   f alse  p o s itiv r ates  ac r o s s   d if f er en t   class if icatio n   th r esh o l d s .   T h R OC   an aly s is   f ac ilit ates  a   co m p r eh e n s iv e   ass ess m en o f   ea ch   m o d el’ s   ef f icac y   in   b in ar y   class if icatio n   task s ,   aid in g   in   th s elec tio n   o f   o p tim al  m o d els  b ased   o n   th ei r   d is cr im in ato r y   p o wer   an d   o v er all  ac cu r ac y .   T h e   co r r esp o n d in g   AUC  v alu es,  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Mo r p h o lo g ica l fe a tu r es fo r   mu lti - mo d el  r ice  g r a in   cla s s ifica tio n   ( S u ma   D. )   3221   s u m m ar ized   in   T ab le  1 0 ,   p r o v id co n cise  m ea s u r o f   d is cr im in ativ p er f o r m an ce ,   with   h ig h er   AUC  v alu es  in d icatin g   s u p er io r   d is cr im in a to r y   ab ilit ies.  Dif f er en t m o d els p er f o r m   d if f er en tly   f o r   ea ch   r ice  g r ain   class .   Fo r   ex am p le,   I n   T ab le  1 0 ,   in   t h e   Ar b o r io   class ,   th GNB  m o d el  ac h iev es  th h ig h est  AUC  v alu o f   0 . 9 9 7 6 ,   in d icatin g   s tr o n g   p er f o r m an ce   in   d is tin g u is h in g   Ar b o r i o   r ic g r ain s .   Similar ly ,   in   th J as m in class ,   th R F   m o d el  ac h ie v es  th h ig h est  AUC  v alu o f   0 . 9 9 8 1 .   W h ile  R g en er ally   p er f o r m s   wel ac r o s s   all  class es,   ce r tain   m o d els  m ay   ex ce in   s p ec if ic  class es.  Fo r   ex am p le,   th L R   m o d el  ac h iev es  p ar ticu lar ly   h ig h   AUC   v alu o f   0 . 9 9 9 7   f o r   t h I p s ala  class ,   in d icatin g   its   ef f ec tiv en ess   in   d is tin g u is h in g   I p s ala  r ic g r ain s .           ( a)   ( b )           ( c)   ( d )           ( e)   (f)     Fig u r 8 .   R OC   f o r   d if f er e n t c l ass if icatio n   m o d els ( a)   SVM,   ( b )   R F ,   ( c )   L R ,   ( d )   DT ,   ( e)   GNB,   an d   ( f )   K - NN   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.