I AE S In t er na t io na l J o urna l o f   Art if icia l In t ellig ence   ( I J - AI )   Vo l.  1 4 ,   No .   6 ,   Dec em b er   2 0 2 5 ,   p p .   4 9 4 3 ~ 4 9 5 6   I SS N:  2 2 5 2 - 8 9 3 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijai.v 14 .i 6 . p p 4 9 4 3 - 4 9 5 6        4943     J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij a i . ia esco r e. co m   M ela no ma  clas sifica tion usin g  ense mble deep  t ra ns fe r learning       So um y a   G a da g 1 ,   P a nd ura ng a   Ra o   M a lo de  Vis hwa na t ha 2 ,   Virupa x i Ba la cha nd ra   Da la l 3   1 D e p a r t me n t   o f   El e c t r o n i c s a n d   C o m mu n i c a t i o n ,   Ja i n   C o l l e g e   o f   En g i n e e r i n g   a n d   R e se a r c h ,   K a r n a t a k a ,   I n d i a   2 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   En g i n e e r i n g ,   F ET - JA I N   D e e me d   t o   b e   U n i v e r s i t y ,   B a n g a l o r e ,   I n d i a   3 D e p a r t me n t   o f   El e c t r o n i c s a n d   C o m mu n i c a t i o n ,   Ja i n   C o l l e g e   o f   En g i n e e r i n g   a n d   R e se a r c h ,   B e l a g a v i ,   K a r n a t a k a ,   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   Ap r   3 0 ,   2 0 2 5   R ev is ed   Au g   1 1 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   Sep   7 ,   2 0 2 5       M e lan o m a ,   a   t y p e   o f   sk i n   c a n c e r,   p o se si g n ifi c a n t   c h a ll e n g e in   e a rly   d e tec ti o n   a n d   d ia g n o sis.  S e v e ra m e th o d fo r   e a rly   m e lan o m a   d e tec ti o n ,   in c lu d in g   v isu a i n sp e c ti o n   a n d   se v e ra m a c h in e   lea rn in g   m o d e ls,  fa c e   c h a ll e n g e with   a c c u ra c y .   To   o v e rc o m e   th e se   issu e s,  d e e p   lea rn in g   h a b e e n   wid e ly   a d o p ted   in   v a rio u b io m e d ica a p p li c a ti o n s .   I n   t h is  wo rk ,   we   e m p lo y   d e e p   tran sfe lea rn in g   m e th o d to   c las sify   m e lan o m a .   F irstl y ,   we   c o ll e c p u b li c ly   a v a il a b le   d a tas e ts  c o n tai n in g   m e lan o m a   ima g e s,  t h e ir  c o rr e sp o n d in g   g ro u n d   tr u th   fo r   se g m e n tatio n ,   a n d   c las lab e ls.  S u b se q u e n tl y ,   we   p e rfo r m   d a ta  p re p r o c e ss in g ,   n o rm a li z a ti o n ,   a n d   la b e e n c o d in g   t o   a d d re ss   issu e o f   v a ried   il l u m in a ti o n ,   ima g e   n o is e ,   a n d   d a ta  imb a lan c e .   Ne x t,   w e   c o n d u c t   fe a tu re   e x trac ti o n   u ti li z i n g   t h e   p re v io u sly   train e d   d e e p   lea rn i n g   m o d e ls,   VG G ,   Re sN e t,   In c e p ti o n Re sN e t,   a n d   M o b i leN e t.   Th e   c h a ra c teristic  v e c to rs   o b tai n e d   fr o m   e a c h   m o d e a re   fu se d   to   p ro d u c e   a   c o m p re h e n siv e   d e p ictio n   a m o n g   th e   p ro v i d e d   p ictu re s.   In   th e   c las sifica ti o n   sta g e ,   we   e m p lo y   e n se m b le  lea rn in g   u si n g   tran sfe lea rn in g   m o d e ls,  i n c lu d in g   Ef f icie n tNe t,   Xc e p ti o n ,   a n d   De n se Ne t.   Th e se   m o d e ls  a re   train e d   o n   th e   fin a fe a tu re   v e c to to   c las sify   m e lan o m a   ima g e e ffe c ti v e ly .   Th e   e ffe c ti v e n e ss   o th e   su g g e ste d   m e th o d   is  v e rifi e d   u sin g   p u b l icly   a v a il a b le   IS IC   2 0 1 7 2 0 2 0   d a tas e ts,  th e se   m o d e re p o rts  a v e ra g e   a c c u ra c y   sc o re o 9 6 . 1 0 % ,   9 7 . 2 3 % ,   9 7 . 5 0 % ,   9 8 . 3 3 % ,   a n d   9 8 . 6 0 % ,   in   th a o r d e r.   K ey w o r d s :   C las s if icatio n   Dee p   lear n in g   I m ag p r o ce s s in g   Me lan o m a   T r an s f er   lear n i n g   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 :   So u m y Gad ag   Dep ar tm en t o f   E lectr o n ics an d   C o m m u n icatio n   E n g in ee r i n g ,   J ain   C o lleg o f   E n g in ee r in g   a n d   R esear ch   Kar n atak a,   I n d ia   E m ail:  s o u m y a. g a d ag 5 @ g m ai l.c o m       1.   I NT RO D UCT I O   Sk in   ca n ce r   is   th m o s p r ev alen f o r m   o f   ca n ce r ,   s u r p ass in g   all  o th er   ty p es  co m b in e d   in   ter m s   o f   d iag n o s is   r ates  an n u ally .   I n   t h Un ited   States   alo n e,   th er e   ar ap p r o x im ately   9 , 5 0 0   f r e s h   ca s es  id en tifie d   d aily ,   as  r ep o r ted   b y   th Sk in   C an ce r   Fo u n d atio n   in   2 0 1 7   [ 1 ] .   B y   2 0 4 0 ,   th e r will  lik ely   b clo s to   h alf   a   m illi o n   o cc u r r en ce s   o f   s k in   ca n ce r ,   with   m elan o m a   b ein g   th d ea d lies ty p e,   m ar k i n g   a   s tag g er in g   6 2 s u r g e   s in ce   2 0 1 8 .   T h s ev er ity   o f   t h s itu atio n   is   em p h asized   b y   th alar m in g   f ac th at  o n p er s o n   lo s es  th eir   life   to   s k in   ca n ce r   ev er y   f o u r   m in u t es,  p r o m p tin g   d er m at o lo g is ts   wo r ld wid to   class if y   its   r is in g   in cid en ce   as  a   g lo b al  ep id e m ic,   as n o ted   b y   Me lan o m UK  in   2 0 2 0   [ 2 ] .   E ar ly   d etec tio n   a n d   i n ter v en ti o n ,   esp ec ially   f o r   m elan o m a,   em er g as  p iv o tal   f ac to r s   in   i m p r o v i n g   th s u r v iv al  r ates  am id   th m o u n tin g   ca s es  [ 3 ] .   E x ce s s iv c o n tact  to   u ltra v io let  ( UV)   r ad i atio n   s tan d s   o u as  th p r im ar y   id e n tifia b le  cu lp r i b eh in d   s k in   ca n ce r   [ 4 ] .   Natu r al  s u n s h in o r   o th e r   UV  s o u r ce s ,   s u ch   as  in d o o r   tan n in g   m ac h in es,  m ay   b th s o u r ce   o f   th is   ex p o s u r ( C an ce r   R esear ch   UK)   [ 5 ] .   Sig n if ican tly ,   r ed u ce d   o zo n lev els  r aise  th r is k   o f   ex p o s u r to   n atu r al  s u n s h in b y   in c r ea s in g   g r o u n d - l ev el  UV  r ad iatio n   ( Dep ar tm en f o r   E n v ir o n m en t   Fo o d   &   R u r al  Af f air s ,   2 0 2 0 )   [ 6 ] .   Fu r th er m o r e,   r eg io n s   s it u ated   clo s er   to   th Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                   I SS N :   2252 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell Vo l.  1 4 ,   No .   6 ,   Dec em b er   2 0 2 5 4 9 4 3 - 4 9 5 6   4944   eq u ato r   witn ess   an   u p tick   i n   n o n - m elan o m s k in   ca n ce r   ca s es  d u to   elev ated   U r ad iatio n   lev els.   Fu r th er m o r e ,   life s ty le  f ac to r s   s u ch   as p o o r   d ietar y   ch o ices,  a lco h o l c o n s u m p tio n ,   an d   s m o k in g   also   co n tr ib u te   to   th e   m o d i f iab le  r is k   p r o f ile  ass o ciate d   with   s k in   ca n ce r .   T h er ef o r e ,   ea r l y   d etec tio n   a n d   p r ev en tio n   o f   t h ese  ca n ce r s   is   s tu d ied   wid ely .   Sev er al  m eth o d s   h av e   b ee n   i n tr o d u ce d   f o r   m elan o m d ete ctio n ;   h o wev er ,   im ag in g - b ase d   m eth o d s   h av b ee n   wid ely   ad o p ted   in   v ar io u s   b io m ed ical  ap p licatio n s .   Der m ato lo g is ts   ca n   d iag n o s m alig n an lesi o n s   th r o u g h   d er m o s co p ic  v is u al  e x am in atio n s .   T h d iv er s tex t u r es  an d   wo u n d s   p r esen o n   th s k in   s u r f ac ca n   m ak d etec tin g   s k in   ca n ce r   c h allen g in g   u s in g   d e r m o s co p y .   Yet,   ac cu r ately   d ia g n o s in g   s k in   ca n ce r   th r o u g h   m an u al  ex a m in atio n   o f   d er m o s co p ic  im ag es  is   d if f icu lt .   T h ac c u r ac y   o f   lesi o n   d i ag n o s is   is   h ea v ily   in f lu en ce d   b y   th d er m ato lo g is t ' s   ex p er ien ce .   T h o n ly   alter n ativ tech n iq u es  f o r   d etec ti n g   s k in   ca n ce r   th at  ar n o av ailab le  ar d er m o s co p y ,   b io p s y ,   an d   m ac r o s co p i in s p ec tio n .   B ec au s s k in   le s io n s   ar co m p lex ,   th ey   r eq u ir m o r tim an d   c ar e.   T h d er m ato l o g is ts   p er f o r m   th o b s er v atio n   with   n a k e d   ey es,  d er m o s co p y   m ec h an is m s   an d   b io p s y .   T h e r ef o r e,   th e   ac cu r ac y   o f   th ese  s y s tem s   r elies  o n   clin ician s   s k ill.   s ig n if ican am o u n o f   r esear ch   h as  b ee n   d ed icate d   to   d ev elo p in g   co m p u ter - b ased   im ag e   an aly s is   alg o r ith m s   f o r   t h ea r l y   an d   r ap id   d iag n o s is   o f   s k in   ca n ce r ,   aim i n g   to   o v er c o m t h p r ev io u s ly   m en tio n ed   ch allen g es,  Prim ar ily ,   th ese   alg o r ith m s   h av b ee n   p a r am e tr ic,   r ely in g   o n   n o r m ally   d is tr ib u ted   d ata  f o r   o p er atio n .   Ho wev er ,   d u to   th e   u n co n tr o llab le  n atu r o f   t h d a ta,   th ese  m eth o d s   o f te n   f ail  to   p r o v id e   ac cu r ate  d iag n o s es.   Nu m er o u s   m ed ical  im ag in g   r esear ch er s   h av in tr o d u ce d   co m p u ter - aid e d   d esig n   ( C AD)   tech n iq u es.  T h is   f o u r - s tep   C AD  p r o ce s s   en co m p ass es  im ag p r e - p r o ce s s in g ,   id en tific atio n   o f   af f ec ted   ar ea s ,   f ea tu r e   ex tr ac tio n ,   an d   class if icatio n .   Sev er al  m eth o d s   h a v b ee n   in tr o d u ce d   u s in g   co m p u ter   v is io n   ap p r o ac h   s u ch   as  ar tific ial  n eu r al  n etwo r k s   ( AN N) ,   d ec is io n   tr ee s   ( DT ) ,   an d   s u p p o r v ec to r   m ac h in es  ( SVM) .   T h r esear ch   in   [7 ] [ 8 ]   p r o v i d es  th o r o u g h   an aly s is   o f   v ar io u s   tech n iq u es.   Nev er th eless ,   th er ar n u m b e r   o f   d ata   p r o ce s s in g   lim itatio n s   with   m ac h in lear n in g   tech n iq u es,  i n clu d in g   th n ee d   f o r   b etter   co n tr ast,  n o is e - f r ee ,   an d   clea n ed   im a g es.  Mo r eo v e r ,   n u m b er   o f   c r iter ia,   in clu d in g   s tr u ctu r al  tr aits ,   co lo r   attr ib u tes,  an d   tex tu r e   attr ib u tes,  ar u s ed   to   class if y   s k in   [ 9 ] [ 1 0 ] .   Ho wev er ,   cl ass if icatio n   b ased   o n   in ad eq u ate  f ea tu r s ets  ca n   r esu lt  in   er r o n e o u s   o u tco m es  d u to   th e   h ig h   in ter - class   h o m o g en eity   an d   in tr a - class   h et er o g en eity   o f   s k in   lesi o n s   [ 1 1 ] .   C o n v en tio n al  p a r am etr ic  m eth o d s   r e q u ir tr ain in g   d ata  to   b n o r m ally   d is tr ib u ted ,   wh ic h   is   n o t   th ca s f o r   u n co n tr o lled   s k in   ca n ce r   d ata.   Sin ce   ev er y   lesi o n   h as  d if f er e n p atter n ,   th ese  tr ad itio n al   ap p r o ac h es  ar in s u f f icien t.  As  r esu lt,  d ee p   lear n in g   m eth o d s   h av s h o wn   to   b q u ite  s u cc ess f u at   class if y in g   s k in ,   h elp i n g   d er m ato lo g is ts   d iag n o s lesi o n s   with   h ig h   p r ec is io n .   T h e   a p p licatio n   o f   d ee p   lear n in g   in   m ed icin h as  b ee n   wid ely   ex p lo r ed   t h r o u g h   v a r io u s   d etailed   s u r v ey s .   T h m o s r ec en r esear ch   o n   d ee p   lear n in g - b ased   m eth o d s   f o r   m elan o m d etec tio n   an d   cla s s if icatio n   is   co v er ed   in   s ec tio n   2 .     Dee p   lear n in g   tec h n iq u es   b ased   o n   tr a n s f er   lear n in g   h a v g a in ed   wid esp r ea d   tr ac tio n   at   th m o m e n t.   W ith   th is   m eth o d ,   lar g e - s ca le  d atasets   f r o m   o n d o m ain   ( lik n atu r al  p h o to g r ap h s )   a r u s ed   to   tr ain   d ee p   lear n in g   m o d els,  wh ich   ar th en   u s ed   to   tr an s f er   th eir   lear n ed   r ep r esen tatio n s   to   tar g et  d o m ain   ( b io m ed ical  im ag es).   B y   f in e - tu n in g   th ese   p r e - tr ain ed   m o d els  o n   s m aller   b io m ed ical  d atasets ,   r esear ch er s   ca n   ef f ec tiv ely   class if y   b io m ed ical  im ag es  with   h ig h   ac cu r ac y .   T r a n s f er   le ar n in g   in   b io m ed ical  im ag c lass if icatio n   o f f er s   s ev er al  ad v an tag es.  Firstl y ,   it  allo ws  r esear ch er s   to   o v er co m th ch allen g o f   lim ited   an n o tated   d ata  in   th e   b io m ed ical  d o m ain   b y   lev er a g in g   k n o wled g lear n ed   f r o m   lar g er   d atasets   in   r elate d   d o m ain s .   Seco n d ly ,     p r e - tr ain ed   m o d els  ca p tu r g en er ic  im ag f ea tu r es  lik te x tu r es,  s h ap es,  an d   ed g es,  wh ich   ca n   t y p ically   tr an s f er ab le  ac r o s s   d if f er en i m ag d o m ain s .   T h is   allo ws  th m o d el  to   lear n   im p o r ta n f ea tu r es  f o r   b io m ed ical   im ag class if icatio n   task s   wi th o u r e q u ir in g   ex ten s iv r et r ain in g   f r o m   s cr atch .   Sev er al  m o d els  h av b ee n   p r esen ted   u s in g   th is   c o n ce p t   o f   tr an s f er   lear n in g   s u c h   as  Z u n air   an d   Ham za   [ 1 2 ]   p r esen ted   m o d el   co m p o s ed   o f   two   s tag es,  co m b in i n g   ad v e r s ar ial  tr ain in g   with   tr an s f er   le ar n in g ,   Q u r esh et  a l.   [ 1 3 ]   u s ed   Go o g le  Xce p tio n   m o d el  to   d ev elo p   th e   tr an s f er   lear n in g   ar ch itectu r e ,   Ho s n y   et  a l.   [ 1 4 ]   u s ed   Alex n et.   Ho wev er ,   th e   tr an s f e r   lear n in g - b ased   m o d els  s u f f e r   f r o m   d if f er en is s u es  s u ch   as  d o m ain   tr an s f er   b etwe en   s o u r c an d   tar g et  d o m ai n   wh er r eso lu tio n ,   n o is lev el,   an d   tis s u v a r iab ilit y   a f f ec ts   t h tr an s f er ab ilit y   o f   lea r n ed   at tr ib u tes.   As  a   r esu lt,  th p r e - tr ain e d   m o d el  is   u n ab l to   ca p tu r t h p er tin e n ch ar ac ter is tics .   Fu r th er m o r e,   s ig n if ican q u a n tity   o f   d ata  is   n ee d ed   to   r ef in t h p r ev io u s ly   tr ain ed   m o d els.  I n   t h is   r eser ac h ,   o u r   m ain   o b jectiv is   to   d e v elo p   d ee p   lear n in g - b ased   m elan o m ca teg o r izatio n   t h r o u g h   th e   u s o f   tr an s f er   lear n in g   s tr ateg y .     A s   d i s c u s s e d   b e f o r e ,   s k i n   c a n ce r   o c c u r s   m o r c o m m o n l y   t h a n   a n y   o t h e r   f o r m   o f   c a n c e r ,   w i t h   d i a g n o s i s   r a t e s   s u r p a s s i n g   a ll   o t h e r   t y p es   c o m b i n e d ,   a n d   a p p r o x i m a t e ly   9 , 5 0 0   n e w   c a s e s   a r e   d i a g n o s e d   e a c h   d a y   i n   t h U n i t e d   S ta t es   a l o n e .   B y   2 0 4 0 ,   s k i n   c a n c e r   c a s e s   a r e   p r o j e c te d   t o   a p p r o a c h   h a l f   a   m i l l i o n ,   w i t h   m e l a n o m a   b e i n g   t h e   d e a d l i es t   t y p e ,   m a r k i n g   a   s t a g g e r i n g   6 2 %   i n c r e as e   s i n c e   2 0 1 8 .   S k i n   c a n c e r   i s   p r i m a r i l y   c a u s e d   b y   o v e r e x p o s u r e   t o   UV   r a d i at i o n   f r o m   s u n l i g h t   o r   a r t i f ic i a s o u r c e s   l i k e   t a n n i n g   m a c h i n es ,   c o m p o u n d e d   b y   f a c t o r s   s u c h   a s   r e d u c e d   o z o n e   l e v e l s ,   g e o g r a p h i c a l   p r o x i m i t y   t o   t h e   e q u a t o r ,   p o o r   d i e t a r y   h a b i t s ,   a l c o h o l   c o n s u m p t i o n ,   a n d   s m o k i n g .   D e s p i t e   t h e   u r g e n c y   o f   t h e   s i t u a t i o n ,   c u r r e n t   d i a g n o s t i c   m e t h o d s   li k e   d e r m o s c o p y ,   b i o p s y ,   a n d   m a c r o s c o p i c   i n s p e c ti o n   a r e   h i g h l y   d e p e n d e n t   o n   t h e   c l i n i ci a n ' s   s k il l ,   m a k i n g   a c c u r a t e   d ia g n o s is   c h a l le n g i n g   a n d   t i m e - c o n s u m i n g .   T r a d it i o n a l   c o m p u t e r   i m a g e   a n a l y s i s   a l g o r i t h m s   a n d   m a c h i n e   l e a r n i n g   t e c h n i q u e s   h a v Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       Mela n o ma   cla s s ifica tio n   u s in g   en s emb le  d ee p   tr a n s fer lea r n in g   ( S o u mya   G a d a g )   4945   a t t e m p t e d   t o   as s i s t   i n   e a r l y   d i ag n o s i s ,   b u t   t h es e   m e t h o d s   o f t en   f a l l   s h o r t   d u e   t o   t h e   u n c o n t r o l l e d   n a t u r e   o f   s k i n   c a n c e r   d a t a   a n d   i s s u e s   li k e   i n ad e q u a t e   f e a t u r e   s et s ,   h i g h   i n t e r - c l a s s   h o m o g e n e i t y ,   a n d   i n t r a - c l a s s   h e t e r o g e n e it y .   D e e p   l e a r n i n g ,   e s p e c ia l l y   t r a n s f e r   l e a r n i n g ,   o f f e r s   a   p r o m i s i n g   s o l u t i o n   b y   l e v e r a g i n g   l a r g e - s c a l e   d a ta s et s   f r o m   r e l a t e d   d o m a i n s   t o   e n h a n c e   c la s s i f i c at i o n   a c c u r a c y   i n   b i o m ed i c a l   i m a g es .   H o w e v e r ,   t r a n s f e r   l e a r n i n g   m o d e l s   f a c e   c h a l l e n g e s   s u c h   a s   d o m a in   t r a n s f e r   i s s u es   a n d   t h e   n e e d   f o r   s i g n i f i c a n t   a m o u n t s   o f   d a t a   t o   f i n e - t u n e   p r e - t r a i n e d   m o d e l s   e f f e c ti v e l y .   T h i s   w o r k   f o c u s es   o n   d e v e l o p in g   a   r o b u s t   d e e p   l e a r n i n g   m o d e l   f o r   m e l a n o m c l a s s i f ic a t i o n   t h r o u g h   t r a n s f e r   l e a r n i n g ,   a i m i n g   t o   o v e r c o m e   t h e   l i m i t a ti o n s   o f   e x i s t i n g   a p p r o a c h e s   a n d   i m p r o v e   t h e   a c c u r a c y   a n d   r e l i a b i l i t y   o f   e a r l y   s k i n   c a n c e r   d et e c ti o n .   T h k e y   co n tr ib u tio n s   o f   th is   wo r k   ar e   as  f o llo ws:   T h p r e - p r o ce s s in g   p h ase  p er f o r m s   s e v er al  task s   s u ch   as  im p r o v in g   th im ag q u ality ,   h air   r em o v al  an d   lab el  en co d in g   to   p r o ce s s   th ef f icien tly .   T h e   p r o p o s ed   m o d el  u s es  tr an s f er   lear n in g   ap p r o ac h   f o r   f ea tu r ex tr ac tio n   wh er VGG,   I n ce p t io n R esNet,   R e s Net   an d   M o b ileNet  m o d u les  ar e   u s ed   to   o b tain   th e   s ig n if ican at tr ib u tes.  T h e   o b tain ed   f ea tu r es   ar e   f u s ed   to g eth e r   to   attain   th f in al  f ea t u r v ec to r .   I n   n e x s tep ,   d ee p   e n s em b le  m o d el  is   c o n s tr u cted   b y   u s in g   th e   co n ce p o f   tr an s f er   lear n in g   wh er E f f icien tNet,   Xce p tio n ,   an d   Den s eNe t r an s f er   lear n in g   m o d els  ar u s ed   to   o b tain   th e   p r o b a b ilit y   v ec to r   f o r   p r e d ictin g   th e   s k in   ca n ce r .   Fin ally ,   FC   an d   s ig m o id   lay er s   a r u s ed   to   o b tain   th e   co n clu d in g   class if icatio n .     T h is   wo r k   in tr o d u ce s   s ev er al  k ey   in n o v atio n s   th at  s ig n if ican tly   en h an ce   th p er f o r m an ce   o f   m elan o m im ag class if icatio n   s y s tem s .   co m p r eh en s iv m u lti - s tag p r e - p r o ce s s in g   p ip elin is   im p lem en ted   to   ad d r ess   co m m o n   d er m at o lo g ical  im ag in g   ch allen g es.  T h is   p ip elin im p r o v es  co n tr ast  to   h ig h lig h c r itical  f ea tu r es  an d   ap p lies   n o is r e d u ctio n   to   e n s u r clea n er   a n d   m o r e   r eliab l in p u f o r   f u r t h er   an aly s is .   T o   c o u n ter ac t   d at aset  im b alan ce f r e q u en t   is s u in   m ela n o m a   d etec t io n .   Var io u s   d ata   au g m en tatio n   tec h n iq u es  ar em p lo y ed   t o   s y n th etica lly   ex p an d   th m in o r ity   class es,  en h an cin g   th m o d el’ s   r o b u s tn ess   an d   ab ilit y   to   g en er alize   ef f ec tiv ely .   T h a p p r o ac h   also   lev er ag es p r e - tr ain ed   d e ep   lear n in g   m o d els  lik VGG,   R e s Net,   Mo b ileN et  an d   I n ce p tio n   R esNet,   f o r   f ea tu r ex tr ac tio n .   T h ese  m o d els  ca p tu r r ich   h ier ar ch ical  r ep r esen tatio n s ,   an d   b y   f u s in g   th eir   f ea tu r v ec to r s ,   th s y s tem   ac h iev es  m o r co m p r eh en s iv e   an d   d is cr im in ativ u n d e r s tan d in g   o f   t h in p u im ag es.  Fin all y ,   en s em b le  class if icatio n   u s in g   tr an s f er   lear n in g   is   em p lo y ed ,   co m b in in g   th s tr en g th s   o f   m u ltip le  ar ch itect u r es.  T h is   en s em b le  ap p r o ac h   ca p tu r es  co m p le x   p atter n s   an d   s u b tle  d is tin ctio n s   with in   m elan o m im ag es,  r esu ltin g   in   im p r o v ed   class if ic atio n   ac cu r ac y   an d   o v er all  s y s tem   p er f o r m an ce .   T h s u b s eq u e n s ec tio n s   o f   th ar ticle  ar s tr u ctu r ed   as  f o ll o ws:   s ec tio n   2   p r o v id es  a   co m p r eh en s iv e   liter atu r r ev iew  o f   cu r r en m elan o m class if icatio n   tech n iq u es .   Sectio n   3   p r esen ts   an   in - d ep th   o v e r v iew  o f   th p r o p o s ed   m o d el .   Sectio n   4   o u tlin es  th r esu lts   o f   th p r o p o s ed   m o d el  alo n g   with   co m p ar ativ an aly s is   with   cu r r en t te ch n iq u es .   L astl y ,   s ec tio n   5   o f f er s   clo s in g   t h o u g h ts   an d   f u tu r e   d ir ec tio n s   f o r   th r esear ch .         2.   L I T E R AT U RE   SU RVE Y      T h is   s ec tio n   g iv es  in   d etailed   an aly s is   o f   th cu r r en ap p r o a ch es  f o r   class if y in g   m elan o m with   th e   h elp   o f   d ee p   lear n i n g   an d   tr an s f er   lear n in g   m eth o d s .   L u   a n d   Z ad eh   [ 1 5 ]   p r esen ted   an   a u to m ated   m eth o d   f o r   u tili zin g   d er m o s co p y   im ag es  to   d iag n o s s k in   ca n ce r .   T o   in cr ea s class if icatio n   ac cu r ac y ,   th m o d el  u s e d   d ep th - wis s ep ar ab le  co n v o lu tio n   an d   th s wis h   ac tiv atio n   f u n ctio n ,   with   Xce p tio n Net  s er v in g   as  th b ase   n etwo r k .   J ain   et  a l.   [ 1 6 ]   p r es en ted   d ee p   tr an s f er   lear n in g   m o d el  was  in tr o d u ce d .   T o   a d d r ess   th is s u o f   d ata  im b alan ce ,   th m eth o d   in clu d ed   im ag d ata  a u g m en tatio n .   M o r eo v e r ,   f ea t u r ex tr ac tio n   an d   class if icatio n   task s   wer p er f o r m ed   u s in g   tr an s f er   lear n in g   tech n iq u es  s u ch   as  VGG1 9 ,   I n ce p tio n V3 ,   a n d   Mo b ileNet,   am o n g   o th er s .   Fo llo win g   th ese  ar ch itectu r es,   th task   was  co m p leted   b y   in co r p o r atin g   m a x   p o o lin g ,   f latten in g ,   d en s la y er ,   an d   th s ig m o i d   f u n ctio n .   Ali  et  a l.   [ 1 7 ]   d is cu s s ed   th ch allen g es  ass o ciate d   with   th c u r r en t   co m p u ter ized   s k in   lesi o n   m alig n an cy   d etec tio n   s y s tem   d u to   v ar io u s   v ar ia b les,  s u ch   as  u n ev en   lesi o n   s izes  an d   s h a p es,  d if f er e n co l o r   illu m in atio n s ,   an d   v ar y i n g   lig h co n d itio n s .   I n   th p r ep r o ce s s in g   s tag e,   f ilter s   o r   k er n e ls   ar em p lo y ed   to   elim in ate  ar tifa cts  an d   n o is e,   f o llo win g   wh ich   r o b u s f ea t u r es  ar e   ex tr ac ted   u s in g   th e   f ea tu r e   ex tr ac tio n   p r o ce d u r e.   Fin ally ,   d ata  a u g m en tatio n   is   u s ed   t o   in cr ea s th s ize  o f   th im a g co ll ec tio n   an d   im p r o v e   class if icatio n   ac cu r ac y .   T h p er f o r m an ce   o f   th is   m eth o d   is   co m p ar ed   with   th at  o f   o th er   tr an s f er   lear n in g   m o d els,  in clu d in g   Alex Net   an d   R eNe t .   B alah an d   Hass an   [ 1 8 ]   p r esen ted   an   au to m ate d   m ela n o m class if icatio n   a n d   s eg m en tatio n   ap p r o ac h   b y   u s in g   th s p ar r o s ea r ch   alg o r ith m   ( Sp aSA)   an d   m eta - h e u r is tic  o p tim izatio n   to o l.  T h e   s eg m en tatio n   m eth o d   in v o lv es  em p lo y in g   5   d if f er en U - Net  m o d els U - Net,   U - Net+ +,   atten tio n - b ased   UNe t,  an d   s ev er al  o th e r s ea ch   with   u n iq u co n f ig u r atio n .   Ad d itio n ally ,   eig h p r e - tr ain ed   co n v o lu tio n al   n eu r al  n etwo r k   ( C NN )   m o d els,  in clu d in g   Mo b ileNet  wi th   VGG  ( s m all,   b i g ) ,   ar u t ilized   to   o p tim ize  h y p er p ar am eter s   u s in g   th m eta - h eu r is tic  Sp aSA  o p tim izer .   Me s wal  et  a l.   [ 1 9 ]   in tr o d u ce d   an   e n s em b le   s tr ateg y   f o r   class if y in g   s k in   lesi o n s   u s in g   weig h ted   av er a g es.  T h ey   o b tain ed   th weig h ted   s u m   o f   tr a n s f er   lear n in g   m o d els in clu d in g   I n c ep tio n V3 ,   VGG1 6 ,   Xce p tio n ,   an d   R esNet5 0   to   cr ea te  th e n s em b le  m o d els.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                   I SS N :   2252 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell Vo l.  1 4 ,   No .   6 ,   Dec em b er   2 0 2 5 4 9 4 3 - 4 9 5 6   4946   Sad ik   et  a l.   [ 2 0 ]   p r o p o s ed   C NN - b ased   ar ch itectu r th at  co m b in es  Xce p tio n   an d   Mo b ileNet.   Sp ec if ically ,   th ey   u tili ze d   C NN  ar ch itectu r es  co m m o n ly   ap p lied   in   c o m p u ter   v is io n   a p p licatio n s ,   n am ely   Mo b ileNet  an d   Xce p tio n ,   t o   d ev elo p   s y s tem   to   d etec s k in   ca n ce r .   Kar r et  a l.   [ 2 1 ]   in tr o d u ce d   n o v el  s tr ateg y   to   a d d r ess   th e   is s u w ith   cu r r e n d e ep   lear n in g   tech n iq u es,  n a m ely   t h ch alle n g o f   g e n er alizin g   d ata   f r o m   v ar io u s   s o u r ce s ,   lead in g   to   d o m ain   s h if e v en   in   well - tr ain ed   d ee p   lea r n in g   m o d els.  T o   o v er c o m e   th is ,   th ey   p r o p o s ed   tr a n s f er   lear n in g   m eth o d o l o g y   wh ich   i n v o lv es  two - p h ase  cr o s s - d o m ain .   T h is   m eth o d   u tili ze s   th I m ag eNe an d   Mo leM ap   d atasets   to   co n s tr u ct  an d   en h an ce   d ata - lev el  an d   m o d el - lev el  tr an s f er   lear n in g   m o d els.  Ad d itio n ally ,   t h ey   in tr o d u ce d   Sk n R SUNet  f o r   s eg m en tatio n ,   wh ich   i n co r p o r ate s   s p atial  atten tio n   f ea tu r es m er g in g .   Sh ek ar   an d   Hailu   [ 2 2 ]   p r ese n ted   d ee p   t r an s f er   lear n in g   ap p r o ac h   t h at  co m b in es  s ix   s p ec ially   d esig n ed   alg o r ith m s   with   th Den s eNe t - 1 6 9   m o d el  t o   g at h e r   m o r d etailed   an d   r ich e r   f ea t u r es.  Su b s eq u e n tly ,   th class if icatio n   task   is   p er f o r m ed   u s in g   th e   g r a d ien b o o s tin g   m ac h in e   ( GB M)   cla s s if icatio n   m o d el.     Den g   [ 2 3 ]   h ig h lig h te d   th s ig n if ican ce   o f   ch allen g i n g   s am p les,  s u g g esti n g   th at  th ey   co n tain   cr u cial  in f o r m atio n .   I n   th eir   p a p er ,   th ey   in tr o d u ce d   n o v el  m eth o d   ca lled   lim ited   ex am p les  n etw o r k   ( L SNet)   aim ed   at  r ec o g n izin g   an d   e n h an ci n g   th lear n in g   o f   s u c h   d if f i cu lt  ex am p les.  L SNet  u tili ze s   p s eu d o - in v e r s lear n in g   au to e n co d e r   with   p atch - b ased   s tr u ctu r e d   in p u to   q u ick ly   d eter m i n p o s itio n - s en s itiv lo s s .   B y   ef f icien tly   id en tify in g   p o s itio n - s en s itiv lo s s ,   L SNet  ca n   r ec o g n ize  ch allen g in g   s a m p les  ef f ec tiv ely .   Mo r eo v er ,   wh en   d ea lin g   with   s k in   lesi o n   d atasets   with   f ew  s am p les,  d ata  au g m en tatio n   is   em p lo y ed   in   co n ju n ctio n   with   tr an s f er   lear n in g   to   im p r o v th ac c u r ac y   o f   class if icatio n   in   d ee p   lear n in g   m o d els.     R em y a   et  a l .   [ 2 4 ]   p r o p o s ed   d ee p   lear n in g - b ased   ar c h itectu r in teg r atin g   v is io n   tr an s f o r m er ,   wh ich   co m b in es  ch a n n el   atten tio n   a n d   tr a n s f er   lear n in g   tech n iq u es  to   d eliv er   ac cu r ate  r e g io n   o f   in ter est  ( R OI )   s eg m en tatio n   an d   class if icatio n .         3.   P RO P O SE M O D E L   T h is   s ec tio n   g iv es  d etail  ab o u th s u g g ested   d ee p   tr a n s f er   lear n in g - b ased   s tr ateg y   to   cla s s if y   s k in   ca n ce r .   Sev er al  s tep s   co m p r is th en tire   m o d el,   in clu d in g   f ea tu r ex tr ac tio n ,   au g m en tati o n ,   p r e - p r o ce s s in g ,   an d   class if icatio n .   Fig u r e   1   illu s tr ates  th g en er al  ar c h itectu r o f   th p r o p o s ed   tr a n s f er   lear n in g - b ase d   m eth o d o l o g y   f o r   ca te g o r izin g   s k in   ca n ce r .     Step   1 c o llectio n   a n d   lo ad in g   th e   d ataset.   I n   t h is   s tep ,   w co n s id er   th e   m elan o m r elate d   p u b lically   av ailab le  d ataset  f o r   p r o ce s s in g .   T h d ataset  co n s is ts   o f   i m ag es,  th eir   co r r esp o n d in g   g r o u n d   tr u th   f o r   s eg m en tatio n   an d   lab els f o r   cl ass es.      Step   2 d ata  p r e - p r o ce s s in g ,   n o r m aliza tio n   an d   lab el  en c o d i n g .   Gen er ally ,   th s k in   ca n ce r   im ag es  h av v ar ied   illu m in atio n   wh ich   af f e cts  th im ag an aly s is   task s .   T h er ef o r e ,   we  ap p ly   c o n tr ast  en h an ce m en t o   o b tain   th e   r ef in e d   d e r m o s co p y   im ag e.   M o r eo v e r ,   d u r in g   ca p t u r in g   t h ese  im ag es,  th e   q u alit y   o f   im ag es  is   d eg r ad e d   d u to   n o is f ac to r .   T o   o v er c o m th is   is s u e,   we  ad o p im ag f ilter in g   m o d elto   r em o v t h e   n o is e.   T h m ela n o m a f f ec ted   d ata  is   im b alan ce d   d ata  th er e f o r we  also   in c o r p o r ate  d ata  au g m en tatio n   m eth o d s   to   ad d r ess   th d ata  im b alan ce   is s u e.   Fin ally ,   we  a p p ly   lab el  en co d i n g   m ec h an is m   to   m ak it   co m p atib le  with   d ee p   lear n in g   p r o ce s s in g   m o d u les.     S t e p   3 :   f e at u r e   e x t r a ct i o n   a n d   f e a t u r e   v e c t o r .   O n c e   t h e   i m a g e   d a t a   i s   p r e - p r o c e s s e d   a n d   l a b e ls   a r e   e n c o d ed   a p p r o p r i a t e l y ,   w p e r f o r m   f e atu r e   e x t r a c ti o n   t as k   b y   u s i n g   p r e - t r a i n e d   d e e p   l e a r n i n g   m o d el s .   I n   t h is   w o r k ,   w e   h a v e   u s e d   V G G ,   R es N et ,   I n c e p t i o n R es N et ,   a n d M o b il e N e t f o r   f e a t u r e   e x t r ac t i o n   b y   u s i n g   t h e i r     p r e - t r a i n e d   w e i g h t s .   T h e   o b t ai n e d   f e a t u r e   v e c t o r s   o f   e a c h   m o d e l s   a r e   f u s e d   t o g e t h e r   t o   f o r m u l a t e   t h e     f i n a l   v e c t o r .     Step   4 en s em b le  u s in g   tr an s f er   lear n in g   m o d els  f o r   class if icatio n .   I n   th is   s tep   th r esu ltan f ea tu r v ec to r   is   p r o ce s s ed   th r o u g h   th tr ain in g   p r o ce s s   wh ich   u s es  E f f icien tNet,   Xce p tio n   a n d   Den s eNe m o ce ls   ar u s ed   to   class if y   th e   im ag d ata.       3 . 1 .     F e a t ure  ex t r a ct io n   3 . 1 . 1 .   VG G   T h e   V G G   m o d e l   i s   a   d e e p   C N N .   T h e   V G G   a r c h i t e c t u r e   i s   c o n s t r u c t e d   b y   u s i n g   p o o l i n g   l a y e r ,   c o n v o l u t i o n   l a y e r ,   a n d   f u l l y   c o n n e c t e d   l a y e r .   C o n s i d e r     a s   t h e   i n p u t   i m a g e ,   a n d    ( )   a s   t h e   f e a t u r e s   e x t r a c t e d   f r o m   t h e   V G G   m o d e l .   T h e   c o n v o l u t i o n   o p e r a t i o n   o f   t h i s   m o d e l   c a n   b e   a r t i c u l a t e d   a s   s h o w n   i n   ( 1 )   a n d   ( 2 ) :     [ ] =  ( [ 1 ] , [ ] , [ ] )   ( 1 )     [ ] =  ( [ ] )   ( 2 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       Mela n o ma   cla s s ifica tio n   u s in g   en s emb le  d ee p   tr a n s fer lea r n in g   ( S o u mya   G a d a g )   4947   W h er   d e p icts   th in d ex   o f   t h lay er ,   [ 1 ]   r ep r esen ts   th e   ac tiv atio n   f r o m   t h p r ev io u s   lay er ,   [ ]   an d   [ ]   ar th weig h ts   an d   b iases   o f     co n v o lu tio n al  la y er ,   r esp ec tiv ely   an d   [ ]   r ep r esen ts   th o u tp u o f   co n v o l u tio n   o p er atio n .   T h M ax Po o lin g   o p er atio n   ca n   b e   p e r f o r m e d   as sh o wn   in   ( 3 ) :     [ ] =   ( ( ) )   ( 3 )     Fin ally ,   in   ( 4 )   to   ( 6 )   s h o ws th e   o p er atio n   o f   t h f u lly   c o n n ec t ed   lay er :     =    ( [ ] )   ( 4 )     [ + 1 ] = . [ + 1 ] + [ + 1 ]   ( 5 )      ( ) =  ( [ + 1 ]   ( 6 )           Fig u r 1 .   Ar c h itectu r o f   p r o p o s ed   m o d el       3 . 1 . 2 .   ResNet   m o del   d ee p   C NN  ar ch itectu r ca lled   r esid u al  n etwo r k   ( R esNet )   was  cr ea ted   to   s o lv t h is s u o f   v an is h in g   g r ad ien ts .   I n s tead   o f   teac h in g   th e   n etwo r k   th e   u n d er ly i n g   m ap p in g s   d ir ec tly ,   it  in tr o d u ce s   s k ip   co n n ec tio n s ,   wh ic h   en a b le  th n etwo r k   t o   lear n   r esid u al  f u n ctio n s .   T h is   en a b les  tr ain in g   o f   m u ch   d ee p er   n etwo r k s   with   im p r o v e d   p er f o r m an ce .   I n   o r d e r   to   p er f o r m   th f ea tu r ex tr ac tio n   task   f o r   m elan o m im ag es,   let  u s   co n s id er   th at  in p u i m ag is   d en o ted   as    an d   th f ea tu r es  ex tr ac ted   f r o m   th R esNet  m o d el  a s     ( ) .   Fo r   f ea tu r e   ex tr ac ti o n ,   th is   m o d el   u s es  co n v o l u tio n ,   r es id u al  b l o ck ,   p o o lin g   lay er ,   a n d   f u lly   co n n ec ted   la y er .   T h ( 7 )   an d   ( 8 )   ex p r ess   R esNet 's co n v o lu ti o n   lay er   ac tio n   as:     [ ] =  ( [ 1 ] , [ ] , [ ] )   ( 7 )     [ ] =   (  ( [ ] ) )   ( 8 )     W h er   r ep r esen ts   lay er s   in d ex ,   [ 1 ]   r ep r esen ts   th ac tiv atio n   f r o m   t h p r e v io u s   lay er ,   [ ]   d en o tes       weig h co n v o lu tio n   lay er ,   [ ]   d en o tes  b iases   o f     co n v o lu tio n al  lay er ,   an d   [ ]   d ep icts   o u tp u o f   co n v o l u tio n   o p er atio n .   I n   n ex t   p h ase,   it p er f o r m s   r esid u al  b lo ck   o p er atio n   wh ic h   ca n   b w r itten   as ( 9 ) :     [ ] = [ 1 ] + ( [ 1 ] , [ ] )   ( 9 )     W h er   r ep r esen ts   th r esid u al  f u n ctio n   to   b lear n ed   b y   th r esid u al  b lo ck ,   [ 1 ]   r ep r esen t s   th in p u t   ac tiv atio n   to   th r esid u al  b lo c k .   T h ad d itio n   o p er atio n   d en o tes  th s k ip   co n n ec tio n ,   allo win g   th e   n etwo r k   to   lear n   r esid u al  f u n ctio n s .   L ater ,   p o o lin g   o p e r atio n   is   p er f o r m e d   as ( 1 0 ) :     [ ] =   ( [ ] )   ( 1 0 )     W h er [ ]   is   th o u tco m o f   m ax   p o o lin g   o p er atio n .   Fin a lly ,   th f u lly   co n n ec ted   lay e r   o p er atio n s   ar e   p er f o r m ed   as ( 1 1 )   to   ( 1 3 ) :     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                   I SS N :   2252 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell Vo l.  1 4 ,   No .   6 ,   Dec em b er   2 0 2 5 4 9 4 3 - 4 9 5 6   4948   =    ( [ ] )   ( 1 1 )     [ + 1 ] = . [ + 1 ] + [ + 1 ]   ( 1 2 )      ( ) =   ( [ + 1 ] )   ( 1 3 )     3 . 1 . 3 .   I ncept io n Re s Net   T h I n ce p tio n   R esNet   ar ch itectu r co m b i n es  I n ce p tio n   m o d u les  an d   r esid u al  co n n e ctio n s   f r o m   R esNet,   r esu ltin g   ac cu r ate  an d   ef f icien C NN .   I in ten d s   to   u s th ad v a n tag es  o f   b o th   ar ch itectu r es  to   ac h iev im p r o v ed   p er f o r m an c o n   v a r io u s   co m p u ter   v is io n   task s .   T h is   m o d el  co n s is ts   o f   in ce p tio n   m o d u le,   r esid u al  co n n ec tio n ,   p o o lin g   lay er ,   an d   f u lly   c o n n ec te d   la y er .   T h I n ce p tio n   m o d u le  h as  v ar io u s   p ar allel   co n v o l u tio n al  b r a n ch es  with   d if f er en k e r n el  s izes  an d   p o o lin g   o p er atio n s .   E ac h   b r a n ch   ca p tu r es  f ea tu r es  at   d if f er en t scale s   an d   r eso lu tio n s .   I t c an   b r e p r esen ted   as ( 1 4 ) :       ( [ 1 ] ) = [ 1 ,  2 , ,  ]   ( 1 4 )     W h er [ 1 ]   is   ac t iv atio n   f r o m   p r ev io u s   lay er .   Similar   to   R es Net,   I n ce p tio n R esNet  in co r p o r ates  r esid u al   co n n ec tio n s   with in   its   ar ch itectu r to   f ac ilit ate  tr ain in g   o f   v er y   d ee p   n etwo r k s .   T h is   o p er atio n   ca n   b e   ex p r ess ed   as ( 1 5 ) :     = [ 1 ] + ( [ 1 ] )     ( 1 5 )     W h er e     r ep r esen ts   th r esid u al   f u n ctio n   to   b lear n e d   b y   t h r esid u al  co n n ec tio n .   I n   n ex s tep ,   we  ap p ly   p o o lin g   o p er atio n   s im ilar   to   R esNet  an d   VGG  m o d el  as sh o wn   in   ( 1 6 )     [ ] =   ( [ ] )   ( 1 6 )     Fin ally ,   it  u s es  f u lly   c o n n ec te d   lay er   o p er ati o n s   as  d is cu s s ed   in   VGG  an d   R esNet  m o d els   wh ich   is   ex p r ess ed   as ( 1 7 )   to   ( 1 9 ) :     =    ( [ ] )   ( 1 7 )     [ + 1 ] = . [ + 1 ] + [ + 1 ]   ( 1 8 )      ( ) =   ( [ + 1 ] )   ( 1 9 )     3 . 1 . 4 .   M o bil eNe t   Mo b ileNet   is   lig h tweig h t   C NN  ar ch itectu r th at  u tili ze s   d ep th   wis s ep ar a b le  co n v o lu tio n s .     I h elp s   to   m i n im ize  th r eq u ir ed   n u m b er   o f   p ar am eter s   f o r   tr ain in g   r esu ltin g   i n   r ed u ce d   co m p u tatio n   tim e   an d   m ain tain in g   h ig h   ac cu r a cy .   L et' s   d en o te  th in p u im ag as  ,   an d   th f ea tu r es  ex tr ac ted   f r o m   th Mo b ileNet  m o d el  as     ( ) .   T h f ea tu r ex tr ac tio n   p r o ce s s   in clu d es  d ep th   wis an d   p o in wis co n v o l u tio n   o p er atio n s .   T h d ep th   wis co n v o l u tio n   ca n   b ar ticu lated   as ( 2 0 )   an d   ( 2 1 ) :     [ ] =    ( [ 1 ] , [ ] , [ ] )   ( 2 0 )     [ ] =   (  ( [ ] ) )   ( 2 1 )     W h er   r ep r esen ts   lay er s   in d ex ,   [ 1 ]   r ep r esen ts   th ac tiv atio n   f r o m   t h p r e v io u s   lay er ,   [ ]   d en o tes       weig h c o n v o lu tio n   lay er ,   [ ]   d en o tes  b iases   o f     co n v o l u tio n al   lay er ,   an d   [ ]   r ep r esen ts   th e   o u t p u o f   d ep th wis co n v o l u tio n   o p er a tio n .   T h n e x s tep   p er f o r m s ,   Po in twis co n v o lu tio n   o p er atio n   wh ic h   is   ex p r ess ed   as ( 2 2 )   an d   ( 2 3 ) :     [ + 1 ] =    ( [ ] , [ + 1 ] , [ + 1 ] )   ( 2 2 )        ( ) =   ( [ + 1 ] )   ( 2 3 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       Mela n o ma   cla s s ifica tio n   u s in g   en s emb le  d ee p   tr a n s fer lea r n in g   ( S o u mya   G a d a g )   4949   T h f in al   f ea tu r e   v ec to r   ca n   b o b tain ed   b y   co n ca ten atin g   t h ese  attr ib u tes  an d   n o r m alizin g   th c o n ca ten ate d   f ea tu r v ec to r .   I t c a n   b e x p r e s s ed   as ( 2 4 ) :     =    [    (  ( ) ,   ( ) ,     ( ) ,    ( )   ( 2 4 )     3 . 2 .   E ns em ble  deep  t ra ns f er   lea rning   m o del   T h is   s ec tio n   p r esen ts   th e n s em b le  m o d el  o f   d ee p   tr a n s f er   lear n in g   m o d els  f o r   m elan o m a   class if icatio n .   T h p r o p o s ed   m o d el  u s es  s tack ed   en s em b le  o f   E f f icien tNetB 0 ,   Xce p tio n ,   an d   Den s eNe t1 2 1   t o   o b tain   h e   class if icatio n   p r o b a b ilit y   v ec to r .   Fin ally ,   th f u lly   co n n ec ted   an d   s ig m o id   la y er s   ar u s ed   to   o b tain   th f in al  class if icatio n   b ased   o n   th co n ca ten atio n   o f   in itial  p r o b ab ilit y   v ec to r .   I n   F ig u r 2   d ep icts   th s tack ed   en s em b le  class if icatio n   m o d el .             Fig u r 2 .   Pro p o s ed   d ee p   tr an s f er   lear n in g   m o d u le  f o r   m elan o m class if icatio n       E f f icien Net  is   f am ily   o f   C NN  ar ch itectu r es  th at  h av b ee n   d esig n e d   to   ac h ie v th e   im p r o v e d   p er f o r m an ce   with   less   co m p u tatio n al  p ar am eter s   co m p ar e d   to   o th er   ar ch itectu r es.  I n   th is   wo r k ,   we  h av u s ed   E f f icien tNetB 0   wh ich   is   th b aselin m o d el  in   th E f f icie n tNet  f am ily .   I p er f o r m s   co n v o lu tio n   o p er atio n s ,   d ep th   wis s ep a r ab le  c o n v o l u tio n ,   g lo b al   av er a g p o o lin g   an d   f u lly   c o n n e cted   o p er atio n .   T h f ea t u r e   ex tr ac tio n   m o d el  ca n   b ar ticu lated   as ( 2 5 )   a n d   ( 2 6 ) :     [ ] =  ( [ 1 ] , [ ] , [ ] )   ( 2 5 )     [ ] =  (   ( [ ] ) )   ( 2 6 )     W h er   r ep r esen ts   lay er s   in d ex ,   [ 1 ]   r ep r esen ts   th ac tiv atio n   af ter   ap p ly in g   b atch   n o r m aliz atio n   an d   th e   s wis h   ac tiv atio n   f u n ctio n ,   [ ]   is   weig h ts ,   [ ]   is   b iases   o f     co n v o lu tio n al  lay er ,   an d   [ ]   d e n o tes  th e   o u tp u t   o f   co n v o lu tio n   o p e r atio n .   Ne x t step ,   it p er f o r m s   g lo b al  av e r a g p o o li n g   ( GAP)   as in   ( 2 7 ) :     = ( [ ] )   ( 2 7 )     Fin ally ,   th f u lly   c o n n ec te d   la y er   is   ap p lied   as ( 2 8 )   a n d   ( 2 9 ) :     ] + 1 ]       =     . [ + 1 ] + [ + 1 ]   ( 2 8 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                   I SS N :   2252 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell Vo l.  1 4 ,   No .   6 ,   Dec em b er   2 0 2 5 4 9 4 3 - 4 9 5 6   4950       0 ( ) =   ( [ + 1 ] )   ( 2 9 )     Her e,   So f tm ax   d en o tes th s o f tm ax   ac tiv atio n   f u n ctio n ,   wh ic h   co n v e r ts   th r aw  s co r es in to   class   p r o b ab ilit ies.  Similar ly ,   Xce p tio n   an d   Den s en et  m o d els  also   u s ed   to   c o n s tr u ct  th class if ier   wh er e   So f tm ax   f u n ctio n   co n v er ts   th r aw  s co r in to   cla s s   p r o b ab ilit ies.        4.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O   d etailed   s tu d y   o f   th e   r ec o m m en d ed   ap p r o ac h   is   g iv e n   i n   th is   s ec tio n .   T h e   d ataset  u tili s ed   in   th is   wo r k   is   d escr ib ed   in   d ep th   in   th f ir s s u b s ec tio n .   T h n ex s u b s ec tio n   ex p lain s   th m etr ics  th at  wer u s ed   to   ass es s   th p r o p o s ed   wo r k ' s   p er f o r m a n ce .   Fin ally ,   co m p ar is o n   an aly s is   o f   p r o p o s ed   wo r k   with   ex is tin g   tech n iq u es is   d o n e .       4 . 1 .     Da t a s et   det a ils   R esear ch   o n   th e   class if icatio n   o f   m elan o m h as  a d v an ce d   s ig n if ican tly   d u to   th atte n tio n   f r o m   I n ter n atio n al  Sk in   I m ag in g   C o llab o r atio n   ( I SIC)  ch allen g e s .   Hig h   r eso lu tio n   s k in   lesi o n   p ictu r co llectio n s   with   ex p er a n n o tatio n ,   b i o p s y - p r o v e n ,   a n d   g lo b al  in f o r m atio n   ar m ad a v ailab le  b y   th e   I SIC.  T h e   o r g an is atio n   h as  co n d u cted   a n n u al  s k in   lesi o n   c h allen g es  in   an   ef f o r to   b o o s r esear ch er   en g ag e m en an d   im p r o v C AD  alg o r ith m   d etec tio n .   T ab le  1   p r o v id es a n   o v er v iew  o f   th I SIC d atasets   f r o m   2 0 1 6   to   2 0 2 0 .       I SIC  2 0 1 6   d ataset:  th er ar 1 2 7 9   p h o to s   in   to tal  in   th is   d at aset,  9 0 0   s am p les  ar u s ed   f o r   tr ain in g   an d   3 7 9   ar e   u s ed   f o r   test in g .   B o th   th tr ain in g   a n d   test in g   s ets h a v ac ce s s   to   th g r o u n d   tr u th   d ata.       I SIC  2 0 1 7   d ataset:  in   th is   d ata s et  2 6 0 0   im ag es  ar av ailab le   o f   wh ich   2 0 0 0   ar e   u s esd   f o r   n etwo r k   test in g   an d   6 0 0   f o r   tr ai n in g .   T h is   d at aset  co n tain s   th g r o u n d tr u th s   f o r   f o u r   d if f e r en class   g r o u p s m elan o m a,   s eb o r r h o eic  k er ato s is ,   n ev u s ,   an d   m elan o m n e v u s     I SIC  2 0 1 8   d ataset:  th is   lar g e   d ataset  h as  a   to tal  o f   1 1 , 5 2 7   p h o to s ,   o f   wh ich   1 0 , 0 1 5   wer u s ed   f o r   n etwo r k   tr ain i n g   an d   th r e m a in in g   1 5 1 2   f o r   n etwo r k   test in g   an d   p e r f o r m an ce   ev al u atio n .       I SIC  2 0 1 9   d ataset:  o f   th 3 3 , 5 6 9   p h o to s   in   th e   I SIC  2 0 1 9   d ataset,   th er ar e   8 , 2 3 8   im ag es  in   th e   test in g   s et  an d   2 5 , 3 3 1   im ag es  in   th e   t r ain in g   s et.   B u ju s th lab els   f o r   t h tr ain in g   s et  p h o t o s ,   wh ich   r ep r esen eig h class es,  ar in clu d ed   in   th is   d ataset.   T h in f o r m atio n   ab o u th tr ai n in g   a n d   test in g   p h o to s   is   co n tain ed   in   th m etad ata.   T h tr ain in g   m etad ata  co n tain s   a ll  p er tin en p atien in f o r m atio n ,   wh er ea s   th e   test in g   m etad ata  co n tain s   th a g e,   g en d er ,   a n ato m ical  s ite,   an d   lesi o n   I o f   th p atien t.     I SIC  2 0 2 0   d ataset:  th er a r 4 4 1 0 8   p h o to s   in   t o tal  in   th is   d a taset;  3 3 1 2 6   ar u s ed   f o r   tr ain in g   an d   1 0 9 8 2   ar u s ed   f o r   test in g .   T h g r o u n d   tr u t h   d ata,   wh ich   in cl u d es  l esio n   I D,   g e n d er ,   ag e,   p atien I D,   d iag n o s is ,   an ato m ical  p lace ,   an d   b e n ig n   o r   m alig n an s tatu s ,   is   s u p p lie d   f o r   th e   tr ain in g   s et,   j u s lik it  was  th y ea r   b ef o r e.       I SIC  Kag g le:  in   t h is   wo r k ,   K ag g le  d ataset  o f   s k in   lesi o n s   wh ich   is   p u b licly   av aila b le  f r o m   th e   I SIC  lib r ar y ,   is   u s ed   to   tr ain   an d   v alid ate  o u r   s tack in g   e n s em b le  m o d el.   T h er a r 1 8 0 0   b e n ig n   a n d   1 4 9 7   m alig n an m o le  p h o to s   in   t h co llectio n   [ 1 4 ] .   Up o n   cl o s er   in s p ec tio n ,   s o u n d s   an d   ar tef ac ts   wer e   d is co v er ed   in   t h g ath er e d   s k i n   lesi o n   p h o t o s .   W u s ed ,   s tan d ar d   p r e - p r o ce s s in g   m eth o d s   lik s ca lin g ,   n o r m alis atio n ,   n o is r ed u ctio n ,   an d   c o n tr ast en h a n ce m en t,  to   ad d r ess   th is .   T h p ix el  in ten s ity   v alu r a n g o f   ev e y   im ag is   n o r m ali ze d   s et  to   [ 0 , 1 ] .   T h im ag es   ar th en   u n if o r m ly   en lar g e d   to   2 2 4   b y   2 2 4   d im en s io n s .   T h s am p le  im ag o f   B en ig n   an d   Ma lig n a n m elan o m ca s es   is   s h o wn   in   Fig u r es 3 ( a)   an d   3 ( b )   r esp ec tiv ely ,   th ese  im ag es  ar o b tain ed   f r o m   I SIC c h alle n g d atasets .       T ab le  1 .   Su m m a r y   o f   I SIC 2 0 1 6 - 2 0 2 0   d ataset   D a t a s e t   Tr a i n   Te st   To t a l   I S I C   2 0 1 6   9 0 0   3 7 9   1 2 7 9   I S I C   2 0 1 7   2 0 0 0   6 0 0   2 6 0 0   I S I C   2 0 1 8   1 0 0 1 5   1 5 1 2   1 1 5 2 7   I S I C   2 0 1 9   2 5 3 3 1   8 2 3 8   3 3 5 6 9   I S I C   2 0 2 0   3 3 1 2 6   1 0 9 8 2   4 4 1 0 8       4 . 2 .     P er f o r m a nce  m e a s urem ent   pa ra m et er s     T h is   s u b s ec tio n   d escr ib es  th e   p er f o r m an ce   m ea s u r em en p ar am eter s   th at  wer u s ed   to   a n aly ze   th e   o v er all  p er f o r m an ce   o f   th p r o p o s ed   m o d el.   T h class if ier 's  p er f o r m an ce   is   ev alu ated   u s in g   th co n f u s io n   m atr ix ,   wh ich   d is p lay s   th q u an tity   o f   tr u n e g ativ es  ( T N) ,   an d   f alse  n eg ati v es  ( FN) ,   tr u e   p o s itiv es  ( T P)  an d   f alse p o s itiv es ( FP ) .   Fig u r 4   p r o v id es a   b asic illu s tr atio n   o f   co n f u s io n   m atr ix .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       Mela n o ma   cla s s ifica tio n   u s in g   en s emb le  d ee p   tr a n s fer lea r n in g   ( S o u mya   G a d a g )   4951         ( a)           ( b )     Fig u r 3 .   T h s am p le  im ag o f   m elan o m ca s es   f o r   ( a)   b en ig n   s am p les ( b )   m alig n an s am p l es           Fig u r 4 .   R ep r esen tatio n   o f   c o n f u s io n   m atr i x       T o   e v al u a te  th e f f ec ti v e n ess   o f   o u r   p r o p o s e d   m et h o d ,   w e m p lo y   esta b l is h e d   m et r ics   in cl u d in g   ac c u r a cy ,   F - m ea s u r e ,   p r ec is i o n ,   f alse   p o s iti v e   r ate ,   tr u e   p o s i t iv e   r at e.   T h ese  m ea s u r es  d ep e n d   o n   tr u p o s itiv e,   tr u n eg ativ e,   f alse  p o s itiv e,   a n d   f alse  n eg ati v b ein g   d is tin g u is h ed .   I n   th c o n tex o f   t h is   s tu d y ,   T P,   T N,   F P,   an d   FN   r e p r ese n p r o p er ly   r ec o g n ize d   m a li g n a n t i m a g es,  c o r r e ctl y   c lass ed   b en ig n   im a g es ,   wr o n g l y   ca te g o r i ze d   b e n i g n   im ag es,   a n d   in c o r r e ctl y   cl ass i f ie d   m ali g n a n t   i m a g es ,   r esp ec t iv el y .   T h r atio   o f   T to   th e   to tal  n u m b er   o f   p ictu r es  class if ied   as  m alig n an is   u s ed   to   ca lcu late   p r ec is io n   is   s h o wn   in   ( 3 0 ) .         =     +      ( 3 0 )     Div id th to tal  n u m b er   o f   h a r m f u l p ictu r es b y   th tr u p o s itiv r ate  ( T PR )   as in   ( 3 1 ) :     =   +    ( 3 1 )     T h f alse p o s itiv r ate  ( FP R )   is   ca lcu lated   as in   ( 3 2 ) :     =   +    ( 3 2 )     T h d ef in itio n   o f   ac c u r ac y   is   th p r o d u ct  o f   T an d   T P d iv i d ed   b y   o v e r all  p ictu r es,  as wr i tten   in   ( 3 3 ) :       =    +   +  +  +    ( 3 3 )     F - m ea s u r e   in   ( 3 4 )   r e p r esen ts   th h ar m o n ic  m ea n   o f   p r ec is io n   an d   r ec all :      = 2 ×  ×  (   +  )   ( 3 4 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                   I SS N :   2252 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell Vo l.  1 4 ,   No .   6 ,   Dec em b er   2 0 2 5 4 9 4 3 - 4 9 5 6   4952   4. 3 .     Co m pa ra t iv perf o r m a nce  a na ly s is     T h is   s u b s ec tio n   s h o ws  r esu lt  o f   th p r o p o s ed   m o d el  alo n g   with   p er f o r m a n ce   co m p ar is o n   b etwe en   th o b tain ed   r esu lts   an d   cu r r en s y s tem s .   T ab le  2   d is p la y s   th co m p ar is o n   an aly s is   u s in g   s ev er al  d ee p   lear n in g - b ased   tech n iq u es  an d   d atasets .   T ab le  2   s h o ws  h o ws  well  th p r o p o s ed   m o d el  p er f o r m s   alo n g s id cu ttin g - ed g e   m elan o m class if ier s .   d ee p   lear n in g   m o d el  was  p r esen ted   in   [ 2 5 ]   with   class if icatio n   ac cu r ac y   o f   0 . 9 2 .   n ew  VG G - 1 3   m o d el  f o r   s k in   ca n ce r   d iag n o s is   was  g iv en   b y   Gilan et  a l .   [ 2 6 ] ,   a n d   it   ac h iev ed   an   8 9 . 5 7 d etec tio n   ac cu r ac y .   B ased   o n   I n ce p t io n - V3 ,   th C o n v Net  m o d el  in tr o d u ce d   in   [ 2 7 ]   f o cu s es  o n   b in ar y   class if icatio n   o f   s k in   co n d itio n s   an d   s u cc ess f u lly   d if f er en tiates  b etwe en   b en ig n   an d   m alig n an ty p es  o f   s k in   ca n ce r .   Ma lik   et  a l.  [ 2 8 ]   s h o wca s ed   th m u lti - class if icatio n   o f   s k i n   lesi o n s   u s in g   2 D   s u p er p ix els  with   R esNet - 5 0 ,   ac h iev in g   an   ac cu r ac y   o f   8 5 . 5 0 %.  L in g   et   a l.   [ 2 9 ]   ac h iev ed   a   p r ec is io n   o f   8 8 . 1 0 % in   th m u lti - class if icatio n   o f   s k in   ca n ce r .   Z h o u   et  a l.  [ 3 0 ]   p r esen ted   SC DNe t a n d   ac h iv ed   ac cu r ac y   o f   9 2 . 8 9 in   class if icatio n   o f   s k in   ca n ce r .   I n   co n tr ast  to   estab lis h ed   well  k n o wn   m et h o d s ,   o u r   p r o p o s ed   m o d el   d em o n s tr ates a n   im p r o v e d   ac c u r ac y   f o r   I SIC 2 0 1 6 - 2 0 2 0   d ata s ets.        T ab le  2 .   Data s et   co m p ar ati v an aly s is   with   d if f er en t d ataset s   A r t i c l e   Y e a r   M o d e l   D a t a s e t   A c c u r a c y   R e c a l l   P r e c i s i o n   F1 - sc o r e   [ 2 5 ]   2 0 2 3   C N N   I S I C - 2 0 1 7   9 2 . 0 1   9 1 . 9 1   9 1 . 6 6   9 1 . 9 9   [ 2 6 ]   2 0 2 3   VGG - 13   I S I S - 2 0 1 9   8 9 . 5 8   9 0 . 6 9   8 9 . 6 5   8 9 . 6 3   [ 2 7 ]   2 0 2 1   C o n v N e t   I S I C - 2 0 1 8   8 6 . 8 9   8 6 . 1 5   8 7 . 5 0   -   [ 2 8 ]   2 0 2 2   R C N N   +   2 D s u p e r p i x e l   HAM - 1 0 0 0 0   8 5 . 4 9   8 3 . 3 9   8 4 . 4 9   8 5 . 3 0   [ 2 9 ]   2 0 2 1   R e se t X t 1 0 1   I S I C - 2 0 1 9   8 8 . 4 9   8 7 . 3 9   8 8 . 1 0   8 8 . 3 0   [ 3 0 ]   2 0 2 2   S C D N e t   I S I C - 2 0 1 9   9 2 . 8 9   9 2 . 2 0   9 2 . 1 9   9 2 . 2 0       P r o p o se d   I S I C   2 0 1 6   9 6 . 1 0   9 5 . 1 5   9 6 . 2 5   9 5 . 2 0   I S I C   2 0 1 7   9 7 . 2 3   9 6 . 2 0   9 6 . 3 0   9 5 . 5 5   I S I C   2 0 1 8   9 7 . 5 0   9 7 . 8 8   9 7 . 5 0   9 8 . 2 0   I S I C   2 0 1 9   9 8 . 3 3   9 8 . 5 0   9 8 . 3 0   9 8 . 1 5   I S I C   2 0 2 0   9 8 . 6 0   9 8 . 9 0   9 8 . 5 0   9 7 . 3 0       I n   th f o llo win g   ex p e r im en t,   we  co m p ar ed   th ac cu r ac y   o f   th p r o p o s ed   ap p r o ac h   to   th m o s t   ad v an ce d   d ee p   lear n in g ,   m a ch in lear n in g ,   an d   tr a n s f er   lear n in g   tech n iq u es.   T h e   T ab le  3 ,   s h o ws  th e   co m p ar ativ a n aly s is   f o r   HAM - 1 0 0 0 0 .   As  d is cu s s ed   b ef o r e,   th tr an s f er   lear n in g   m o d el s   h av g ain ed   h u g e   atten tio n   in   th is   b io m e d ical  im ag in g   d o m ain   th e r ef o r s ev er al  tr an s f er   lear n in g - b ased   m o d els  h av b ee n   in tr o d u ce d .   T o   ass ess   th ef f icien cy   o f   t h ese  tr an s f er   lear n in g   m o d els,  we  ev alu ated   th p er f o r m an ce   f o r   Kag g le  I SIC  d ataset.   T ab le  4   d em o n s tr ates  th o u tc o m o f   m o s tly   u s ed   tr an s f er   lear n in g   m o d els  f o r   im a g e   class if icatio n   task s .         T ab le  3 .   C o m p a r ativ an aly s is   f o r   HAM 1 0 0 0 0   d ataset   A r t i c l e   Y e a r   M o d e l   D a t a s e t   A c c u r a c y   ( %)   [ 3 1 ]   2 0 2 0   A l e x N e t   HAM - 1 0 0 0 0   84   [ 3 2 ]   2 0 1 9   M o b i l e N e t   HAM - 1 0 0 0 0   8 3 . 9   [ 3 3 ]   2 0 2 0   M o b i l e N e t ,   V G G - 16   HAM - 1 0 0 0 0   8 0 . 6 1   [ 3 4 ]   2 0 1 9   S V M   HAM - 1 0 0 0 0   7 4 . 7 5   [ 3 5 ]   2 0 2 0   R e sN e t   HAM - 1 0 0 0 0   78   2 0 2 0   X c e p t i o n   82   2 0 2 0   D e n seN e t   82   [ 3 6 ]   2 0 2 0   C N N   HAM - 1 0 0 0 0   77   [ 3 7 ]   2 0 2 1   M o b i l e N e t   a n d   LST M   HAM - 1 0 0 0 0   85   [ 3 8 ]   2 0 2 1   I n c e p t i o n - V3   HAM - 1 0 0 0 0   8 9 . 7 3   [ 3 9 ]   2 0 2 3   I n c e p t i o n R e s n e t - V2   HAM - 1 0 0 0 0   9 1 . 2 6       Tr a n sf e r   Le a r n i n g   HAM - 1 0 0 0 0   9 8 . 5 5       T ab le  4 .   Ov e r all  p er f o r m an ce   an aly s is   f o r   Kag g le  I SIC d atas et   M o d e l   Ac c u r a c y c   P r e c i s i o n   R e c a l l   S p e c i f i c i t y   F1 - sc o r e   AUC   R e sN e t 5 0   8 8 . 7 8   9 3 . 3 3   8 5 . 5 6   9 2 . 6 7   8 9 . 2 8   0 . 8 9 1   VGG - 16   9 0 . 9 1   9 5 . 6 8   8 6 . 1 1   9 5 . 3 3   9 0 . 6 4   0 . 9 0 7   X c e p t i o n   9 2 . 4 2   9 3 . 3 0   9 2 . 7 8   9 2 . 0 0   9 3 . 0 4   0 . 9 2 4   D e n seN e t   1 2 1   9 2 . 2 7   9 1 . 8 7   9 4 . 1 7   9 0 . 0 0   9 3 . 0 0   0 . 9 2 1   Ef f i c i e n t N e t B O   9 2 . 3 0   9 4 . 0 2   9 1 . 6 7   9 3 . 0 0   9 2 . 8 3   0 . 9 2 3   P r o p o se d   M o d e l   9 8 . 7 6   9 8 . 6 0   9 7 . 6 7   9 5 . 6 7   9 7 . 1 3   0 . 9 8 7       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.