I nte rna t io na l J o urna l o f   I nfo rm a t ics a nd   Co m m un ica t io n T ec hn o lo g y   ( I J - I CT )   Vo l.  1 5 ,   No .   4 ,  D e c em b er   20 2 6 ,   p p .   1 6 4 8 ~1 6 6 3   I SS N:  2252 - 8 7 7 6 ,  DOI :  1 0 . 1 1 5 9 1 /iji ct . v 1 5 i 4 . pp 1 6 4 8 - 1 6 6 3           1648       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ict. ia esco r e. co m   From da ta to  deci sio ns: ensemble  d eep learning   fram ewo rk f o r  ma ize seed va riet y  clas sifica tion wi th  e x pla ina ble  AI       E m m a nu el  Asa nte 1 ,   O bed Appia h 2 ,   E ze k iel  M e ns a h  M a rt ey 1 ,   E m ma nu el  E f f a h 3 ,    E ric  O po k u 4 ,   E rnest  K wa m e  Am po m a h 1   1 D e p a r t me n t   o f   C o m p u t i n g   a n d   D a t a   A n a l y t i c s ,   U n i v e r s i t y   o f   M i n e s  a n d   T e c h n o l o g y ,   T a r k w a ,   G h a n 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 ,   U n i v e r s i t y   o f   E n e r g y   a n d   N a t u r a l   R e s o u r c e s ,   S u n y a n i ,   G h a n a   3 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 ,   U n i v e r si t y   o f   M i n e s  a n d   Te c h n o l o g y ,   T a r k w a ,   G h a n a   4 B r e d e se n   C e n t e r ,   U n i v e r s i t y   o f   T e n n e ssee ,   K n o x v i l l e ,   U S A       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   1 0 ,   2 0 2 6   R ev is ed   Au g   4 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   Au g   2 8 ,   2 0 2 6       Ac c u ra te  a n d   n o n - d e stru c ti v e   i d e n ti fica ti o n   o f  m a ize   se e d   v a rieties   is  e ss e n ti a l  fo r  m a in tain in g   se e d   p u rit y ,   imp ro v in g   c ro p   p ro d u c ti v it y ,   a n d   su p p o rti n g   a g ricu lt u ra l  q u a li t y   a ss u ra n c e .   Alth o u g h   re c e n t  st u d ies   re p o r t   h ig h   a c c u ra c ies   u sin g   a d v a n c e d   i m a g in g   a n d   d e e p   lea rn i n g   tec h n i q u e s,  m a n y   re ly   o n   h y p e rsp e c t ra l  se n so rs  o r  c o n tr o ll e d   a c q u isit i o n   e n v ir o n m e n t s,  o r  o ffe r   li m it e d   i n terp re tab il it y ,   t h e re b y   r e strictin g   re a l - wo rl d   a d o p ti o n .   T h is  stu d y   in v e stig a tes   m a ize   se e d   v a riety   c las sifica ti o n   u sin g   lo w - c o st  RG B  ima g in g   a n d   a n   e n se m b le  d e e p   lea rn i n g   fra m e wo rk ,   fo c u sin g   o n   th r e e   wid e ly   c u lt iv a ted   G h a n a ian   v a rieties :  B h ih il ifa,  S a n z a l  S ima ,   a n d   Wan g   Da taa .   I n   c o ll a b o ra ti o n   wit h   He rit a g e   S e e d s  G h a n a ,   a n   e x p e rt - v e rifi e d   d a tas e t  o f  1 7 , 7 2 4   m a ize   se e d   ima g e s  w a s  c u ra ted   u n d e r  re a li stic  a c q u isit i o n   c o n d i ti o n s   with   a n   A p p l e   iP h o n e   1 2 .   A  b a se li n e   c o n v o lu t io n a l  n e u ra l  n e two rk   (CNN )   wa s  d e v e lo p e d   fo r  b e n c h m a rk i n g ,   f o ll o we d   b y   tra n sfe r  lea rn in g   wit h   De n se Ne t1 6 9 ,   M o b i leN e tV2 ,   a n d   Xc e p ti o n   a rc h it e c tu re s.  A n   e n se m b le  fra m e wo rk   in te g ra ti n g   De n se Ne t 1 6 9   a n d   Xc e p ti o n   wa s  p ro p o se d   t o   i m p r o v e   ro b u stn e ss   a n d   g e n e ra li z a ti o n .   Ac ro ss   fiv e - fo ld   c r o ss - v a li d a ti o n ,   th e   e n se m b le  a c h iev e d   a   m e a n   a c c u ra c y   o f   9 8 . 8 9 ±0 . 1 7 % ,   p re c isio n   o f   9 8 . 8 6 ± 0 . 1 8 % ,   re c a ll   o f  9 8 . 8 0 ±0 . 1 7 % ,   a n d   F 1 - sc o re   o f  9 8 . 8 3 ± 0 . 1 7 % .   T o   e n h a n c e   tran sp a re n c y ,   G ra d - CAM  a n d   sa li e n c y   m a p s   we re   e m p lo y e d   t o   v isu a li z e   d isc rimin a ti v e   fe a tu re s  in flu e n c i n g   m o d e l  d e c isi o n s .   Re su lt s   d e m o n stra te  th a t  a c c u ra te  a n d   in terp re tab le  c las sifica ti o n   o f  m a ize   se e d   v a rieties   is  a c h iev a b le  u sin g   st a n d a rd   RG B  ima g e ry   with o u t  s p e c ialize d   se n sin g   e q u i p m e n t.     Ke ywo r d s :   E n s em b le  d ee p   lear n in g   E x p lain ab le  ag r icu ltu r al  AI   L o w - r eso u r ce   r g b   im ag in g   Ma ize  s ee d   v ar iety   class if icatio n   Pre cisi o n   f ar m in g   Seed   v ar iety   id en tific atio n   T h is i s  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 :   E m m an u e l   Asan te   Dep ar tm en t o f   C o m p u tin g   an d   Data   An aly tics ,  Sch o o l o f   R ai lway   an d   I n f r astru ctu r al  Dev el o p m en t   Un iv er s ity   o f   Min es a n d   T ec h n o lo g y   T ar k wa,   Gh an a   E m ail:  ea s an te@ u m at. ed u . g h       1.   I NT RO D UCT I O N     Ma iz e   ( Ze a   m a ys   L . )   is   o n e  o f   t h e   m o s t   im p o r ta n t   c er ea l   cr o p s   g l o b all y ,   s er v i n g   as  a   s tap le   f o o d ,   liv est o c k   f ee d ,   a n d   i n d u s t r ial   r aw  m ate r i al   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   Gl o b al   m aiz e  p r o d u c ti o n   n o w   a cc o u n ts   f o r   a p p r o x i m at el y   3 9 %   o f   to tal   c er ea l   o u t p u t ,   a  g r o w th   d r i v en   b y   ad v an ce s   i n   h y b r id   b r e e d i n g   a n d   s ee d   i m p r o v e m e n t   tec h n o lo g i es  [ 3 ] ,   [ 4 ] .   H o we v e r ,   th ese  a d v a n ce s   h av e  als o   le d   t o   a   r a p i d   p r o li f er ati o n   o f   v ar i eti es  wi th   h ig h l y   s im il ar   m o r p h o lo g i ca l   c h ar ac t er is tics ,   m a k i n g   r eli ab le   i d e n ti f icat io n   o f   s e ed   v a r ie ties   i n c r e a s in g l y   c h all e n g in g .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l     I SS N:   2252 - 8 7 7 6       F r o m  d a ta   to   d ec is io n s :   en s emb le  d ee p   lea r n in g   fr a mewo r k  fo r   ma iz e  s ee d   va r iety   …  ( E mma n u el  A s a n te )   1649   Acc u r ate  id en tific atio n   o f   m ai ze   s ee d   v a r ieties  is   cr itical  f o r   m ain tain in g   v a r ietal  p u r ity ,   o p t im izin g   y ield ,   an d   en s u r i n g   ec o n o m ic  r etu r n s   f o r   f ar m e r s .   Seed   v ar iety   m ix in g   d u r in g   g r o wth ,   h ar v esti n g ,   tr an s p o r tatio n ,   an d   s to r ag e   p o s es  s er io u s   ch allen g es  to   s ee d   p u r ity   an d   q u ality   co n tr o l  [ 4 ] ,   [ 5 ] .   Sin ce   d if f er en t   m aize   v ar ieties  ar e  ad ap ted   to   s p ec if ic  s o il  ty p es,  clim ates,  an d   cu ltiv atio n   p r ac tices,  en s u r in g   v ar ietal  p u r ity   b ef o r e  p lan tin g   is   ess en tial f o r   b o th   a g r icu lt u r al  p r o d u ctiv ity   an d   ec o n o m ic  s u s tain ab ilit y   [ 5 ] ,   [ 6 ] .   T r ad itio n al  id en tific atio n   m eth o d s ,   in clu d in g   DNA   m o lecu lar   m a r k er   an aly s is ,   p r o tein   elec tr o p h o r esis ,   g as  ch r o m at o g r ap h y ,   an d   ex p er t  v is u al  in s p ec tio n ,   ar e   h ig h ly   ac c u r ate  b u t  lab o r - in ten s iv e,   co s tly ,   an d   d ep e n d en t   o n   s p ec ialized   lab o r ato r y   e q u ip m e n t  [ 3 ] ,   [ 7 ] .   T h ese  co n s tr ain ts   m a k e  th em   im p r ac tical  f o r   r o u tin e,   la r g e - s ca le  s ee d   in s p ec tio n ,   cr ea tin g   a  p r ess in g   d em an d   f o r   r a p id ,   n o n - d estru ctiv e,   an d   co s t - ef f ec tiv e  alter n ativ es.   I n   r esp o n s e,   r esear ch e r s   h a v e  in cr ea s in g ly   ex p lo r ed   i m ag e - b ased   n o n - d estru ctiv e   tech n iq u es.  Ma ch in e  v is io n ,   n ea r - i n f r ar e d   s p ec tr o s co p y   ( NI R S),   an d   h y p er s p ec tr al  im ag i n g   ( HSI )   h av e  d em o n s tr ated   s tr o n g   class if icatio n   p er f o r m a n ce   [ 5 ] ,   [ 8 ] – [ 1 1 ] .   Ma ch in e  v is io n   ex tr ac ts   m o r p h o lo g ical  f e atu r es  s u ch   as  s ize,   s h ap e,   co lo r ,   a n d   tex tu r e  f r o m   R GB   im ag es  [ 1 2 ] ,   wh ile  NI R S  ca p tu r es  c h em ical - b o n d   ab s o r p tio n   in   t h e  7 8 0 – 2 5 0 0   n m   r an g e  [ 4 ] .   HSI   in te g r ates  b o th   s p atial  an d   s p ec tr al  in f o r m atio n ,   p r o v id in g   r ich   r ep r esen tatio n s   f o r   d is tin g u is h in g   v is u ally   s im ilar   v ar ieties  [ 4 ] ,   [ 5 ] .   Desp ite  th e ir   ef f ec tiv e n ess ,   h y p er s p ec tr al   an d   s p ec tr o s co p ic  s y s tem s   ar e  ex p en s iv e,   co m p u tatio n ally   d e m an d in g ,   a n d   c o m p lex   to   d e p lo y   [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ] ,   lim itin g   ad o p tio n   i n   lo w - r eso u r ce   ag r icu ltu r al  en v i r o n m en ts .   Stan d ar d   R GB   im a g in g ,   r ea d ily   av ailab le  v ia  s m ar tp h o n es  an d   lo w - co s t c am er as,  o f f er s   a  f ar   m o r e  ac ce s s ib le  alter n ativ e.   Dee p   lear n in g   h as  em e r g ed   as  a  p o we r f u l  t o o l  f o r   i m ag e - b ased   s ee d   class if icati o n ,   wit h   co n v o l u tio n al  n eu r al   n etwo r k s   ( C NNs)  an d   ad v a n ce d   ar ch it ec tu r es  r ep o r tin g   h ig h   ac c u r ac ies  ac r o s s   m u ltip le   s tu d ies  [ 5 ] - [ 7 ] ,   [ 1 5 ] ,   [ 1 6 ] .   Ho wev er ,   m an y   ex is tin g   m aize   s ee d   class if icatio n   s tu d ies  s u f f er   f r o m   o n e  o r   m o r e   o f   th e  f o llo win g   lim itatio n s :  ( i)   r elian ce   o n   ex p e n s iv e  im ag in g   m o d alities   th at  r estrict  d ep lo y m en t  o n   lo w - r eso u r ce   o r   m o b ile  d ev ices;  ( ii)  lack   o f   ev alu atio n   o n   r e g io n - s p ec if ic  v ar ieties,  p ar ticu lar ly   th o s e  cu ltiv ated   in   s u b - Sah ar an   Af r ica;  an d   ( iii)  i n s u f f icien t  m o d el  in ter p r etab il ity ,   wh ich   is   in cr ea s in g ly   im p o r tan t  f o r   tr u s t  an d   ad o p tio n   in   ag r ic u ltu r al  d ec is i o n - m ak i n g   s y s tem s .   T h is   s tu d y   ad d r ess es  th ese  g ap s   b y   i n v esti g atin g   ac cu r a te,   in ter p r etab le,   an d   r eso u r c e - ef f icien t  m aize   s ee d   v ar iety   class if icatio n   u s in g   lo w - c o s t  R GB   i m ag in g .   W e  f o c u s   o n   th r ee   wid ely   cu ltiv ated   Gh an aian   v ar ieties,  B h ih ilifa ,   San za l  Sima ,   an d   W an g   Data a,   ca p tu r ed   with   a   s tan d ar d   s m a r tp h o n e   ca m er a .   I n   co llab o r atio n   with   Her itag e  S ee d s   Gh an a,   we  c u r ated   a   lar g e,   ex p er t - v er i f ied   d ataset  o f   1 7 , 7 2 4   m aize   s ee d   im ag es  u n d er   r e alis tic  ac q u is i tio n   co n d itio n s .   T o   o u r   k n o w led g e,   th is   is   th e  f ir s t  p u b l icly   av ailab le,   ex p e r t - lab eled   R GB   d ataset  o f   Gh an aian   m aize   s ee d   v ar ieties,   ad d r ess in g   a  cr itical  g a p   in   r eg io n - s p ec if ic   ag r icu ltu r al  AI   r esear ch .   W e  p r o p o s e  an   e n s em b le   d ee p   lear n i n g   f r am ewo r k   in teg r atin g   c o m p lem e n tar y   f ea tu r e  r ep r esen tatio n s   f r o m   f in e - t u n e d   Den s eNe t1 6 9   [ 1 7 ]   an d   Xce p tio n   [ 1 8 ]   a r ch itectu r es.  T o   p r o m o te  tr an s p ar en c y   an d   tr u s t  in   AI - d r iv en   ag r ic u ltu r al  s y s tem s ,   we  in co r p o r at e  ex p lain ab le   AI   tech n iq u es,   s p ec if ically   Gr ad - C AM   [ 1 9 ]   an d   s alien cy   m ap s   [ 2 0 ] ,   to   v is u alize   th e  d is cr im in ativ e  s ee d   f ea tu r es  in f lu en cin g   m o d el   p r ed ictio n s .   T h e  m ain   co n tr ib u tio n s   o f   th is   wo r k   ar e  as f o llo ws:   −   A  lar g e,   r eg io n - s p ec if ic  m aiz e  s ee d   im ag e   d ataset  f o r   th r e e  Gh an aian   v ar ieties,  c o llected   u s in g   lo w - r eso u r ce   R GB   im ag in g   an d   ex p er t la b elin g ,   a n d   m a d e  p u b lic ly   av ailab le.   −   A  co m p u tatio n ally   ef f icien t   e n s em b le  d ee p   lear n in g   m o d el   th at  ac h iev es  9 8 . 8 9 ± 0 . 1 7 %  c r o s s - v alid ated   ac cu r ac y   with o u t sp ec ialized   s en s in g   h ar d wa r e.   −   An   in ter p r etab le  class if icatio n   f r a m ewo r k   th at  p r o v id es  v is u al  ex p lan atio n s   o f   m o d el   d ec is io n s   v ia   Gr ad - C AM   an d   s alien cy   m ap s ,   s u p p o r tin g   tr u s t a n d   ad o p tio n   in   ag r icu ltu r al  p r ac tice.   B y   ex p licitly   ad d r ess in g   ac ce s s ib ilit y ,   in ter p r etab ilit y ,   a n d   r ea l - wo r ld   ap p licab ilit y ,   th is   s tu d y   ad v an ce s   m aize   s ee d   v ar iety   class if icatio n   b ey o n d   lab o r ato r y - s ca le  s o lu tio n s   with   d ir ec t   r elev an ce   f o r   s ee d   q u ality   ass u r an ce   in   Gh a n a  a n d   n eig h b o r in g   W est  Af r ican   c o u n tr ies.  T h e  r e m ain d er   o f   th i s   p ap er   is   o r g a n ized   as  f o llo ws:   Secti o n   2   d escr ib es  th e  r esear ch   m eth o d ,   d ata s et,   an d   ex p er im en tal  s etu p .   Sectio n   3   p r esen ts   r esu lts   an d   d is cu s s io n .   Sectio n   4   co n cl u d es th e  p a p er .         2.   M E T H O D     T h is   s ec tio n   d escr ib es  th e  c o m p lete  m eth o d o lo g ical  p ip eli n e  f o r   m aize   s ee d   v ar iety   cla s s if icatio n ,   co v er in g   d ata  ac q u is itio n ,   p r ep r o ce s s in g ,   m o d el  d e v elo p m en t,  en s em b le  c o n s tr u ctio n ,   an d   e v alu atio n   as   s h o wn   in   Fig u r e  1 .   T h e  s tu d y   em p lo y ed   a  m u lti - p h ase  d esi g n :  ( i)   d at aset  cu r atio n   u n d e r   r ea lis tic  co n d itio n s   u s in g   a  1 2 MP  p h o n e  ca m er a;   ( ii)  d ev elo p m e n t  o f   a  b aselin e  C NN  f o r   b en ch m ar k i n g ;  ( iii )   tr an s f er   lear n in g   with   th r ee   p r e - tr ain e d   ar ch it ec tu r es;  ( iv )   en s em b le  co n s t r u ctio n   v ia  s tack in g ;  an d   ( v )   ev alu atio n   o f   th e  p r o p o s ed   en s em b le  u s in g   f iv e - f o ld   cr o s s - v alid atio n   an d   ex p l ain ab ilit y   v is u aliza tio n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 7 6   I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l ,  Vo l.  1 5 ,   No .   4 ,  D e c em b er   20 2 6 :   1 6 4 8 - 1 6 6 3   1650       Fig u r e  1 .  E n d - to - en d   p ip elin e  f o r   Gh an aia n   m aize   s ee d   v a r ie ty   class if icatio n ,   f r o m   ex p er t - v er if ied   R GB   im ag e  ac q u is itio n   th r o u g h   p r e p r o ce s s in g ,   tr an s f er   lear n in g ,   en s em b le  co n s tr u ctio n ,   f iv e - f o ld   cr o s s - v alid atio n ,   an d   ex p lain ab ilit y   an aly s is   v ia   Gr ad - C AM   an d   s alien cy   m a p s       2 . 1 .     E x perim ent a l set up   a nd   env iro nm ent   All   ex p er im en ts   wer e  c o n d u cted   o n   a  Dell  XPS  1 3   ( 2 0 2 4 )   l ap to p   e q u ip p e d   with   an   I n tel  C o r e  Ultr a   7   1 5 5 H  p r o ce s s o r   ( u p   to   4 . 8   GHz ,   1 6   co r es),   1 6   GB   L PDDR 5 x   R AM   ( 7 4 6 7   MT /s ) ,   an d   I n tel  Ar c  in teg r ate d   g r ap h ics.  T h e  s o f twar e  e n v ir o n m en t  c o n s is ted   o f   Py t h o n   3 . 1 0 . 1 2 ,   T en s o r Flo w  2 . 1 3 . 0   with   th e  in teg r ated   Ker as  API   ( tf . k e r as),   Nu m Py   1 . 2 4 . 3 ,   s cik it - lear n   1 . 3 . 0 ,   Ma t p lo tlib   3 . 7 . 2 ,   an d   O p en C V  4 . 8 . 0 .   Mo d el   tr ain in g   was  p er f o r m e d   o n   a  C PU  d u e  to   th e  a b s en ce   o f   a  d is cr ete  GPU  in   th e  XPS  1 3   co n f ig u r atio n ,   th er e b y   v alid atin g   th e  f e asib ilit y   o f   th e   p r o p o s ed   ap p r o ac h   o n   ac ce s s ib le  h ar d war e .     2 . 2 .     Da t a s et   2 . 2 . 1 .   I m a g e   a cquis it io n    T h e  d ataset  co m p r is es  im ag es  o f   th r e e  m aize   s ee d   v ar i eties,  W an g   Data a,   San za l  Sima ,   an d   B h ih ilifa ,   s o u r ce d   f r o m   Her it ag e  Seed s   Gh an a.   T h ese  c u ltiv ar s   ar e  f r eq u e n tly   g r o wn   in   n o r th er n   Gh an a .   Seed s   wer e  m an u ally   ca teg o r ized   an d   lab eled   b y   d o m ain   ex p er ts   at  Her itag e   Seed s   Gh an a  p r i o r   t o   im ag e   ca p tu r e.   I m ag es  wer e  ac q u ir ed   u s in g   an   Ap p le  iPh o n e  1 2   s m ar tp h o n e  ( 1 2   M P  wid e - an g le  s en s o r ,   f /1 . 6   ap er tu r e,   2 6   m m   eq u iv alen t f o ca l  len g th ,   o p tical  im ag e   s tab ilizatio n ,   Ap p le   A1 4   B io n ic  p r o ce s s o r ) ,   p r o d u cin g   o r ig in al  J PEG  im ag es  at   4 0 3 2 ×3 0 2 4   p ix els.  A   u n if o r m   b lu e   b ac k g r o u n d   was  u s ed   d u r in g   ca p tu r e  to   en h an ce   s ee d   v is ib ilit y   a n d   r e d u ce   b ac k g r o u n d   n o is e  u n d er   n atu r al   d ay lig h t  c o n d itio n s .   All  im ag es   wer e  s u b s eq u en tly   r esized   to   2 2 4 × 2 2 4   p ix els  to   en s u r e  u n if o r m ity   ac r o s s   th e  d ataset.   T h e  ex p er t - v er if ied   la b elin g   p r o ce s s   was   ca r r ied   o u t  o v er   two   wee k s   to   en s u r e  th e  v alid ity   a n d   ac c u r a cy   o f   all  an n o tatio n s .   T h e   im a g e  ac q u is itio n   s etu p   is   illu s tr ated   in   Fig u r e  2 ,   an d   t h e  cu r atio n   p ip elin e  is   s h o wn   i n   Fig u r e  3 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l     I SS N:   2252 - 8 7 7 6       F r o m  d a ta   to   d ec is io n s :   en s emb le  d ee p   lea r n in g   fr a mewo r k  fo r   ma iz e  s ee d   va r iety   …  ( E mma n u el  A s a n te )   1651       Fig u r e  2 .   I m ag e  ac q u is itio n   s etu p           Fig u r e  3.   Data s et  cu r atio n   p ip elin e       2 . 2 . 2.   Da t a s et   des cr iptio n a nd   s t a t is t ics   T h e  in itial  d ataset  co m p r is ed   3 , 2 0 2   im ag es  d is tr ib u te d   ac r o s s   th r ee   v ar ieties:   1 , 3 2 8   B h ih ilifa ,   8 5 0   San za l  Sima ,   an d   1 , 0 2 4   W an g   Data a.   T ab le  1   s u m m ar izes  th e  d is tr ib u tio n   b ef o r e  an d   af ter   au g m en tatio n .   Fo r   th e  b aselin e  C NN  an d   in d iv i d u al  tr an s f e r   lear n in g   m o d els,  an   8 0 /2 0   s tr atif ied   s p lit  was  u s ed   to   s ep ar ate   tr ain in g   an d   test   d ata,   with   an   ad d itio n al  2 0 % o f   th e  tr ain in g   s et  r eser v ed   f o r   v alid atio n .   T h e  class   d is tr ib u tio n   ac r o s s   th ese  s p lits   i s   s h o wn   in   Fig u r e  4 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 7 6   I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l ,  Vo l.  1 5 ,   No .   4 ,  D e c em b er   20 2 6 :   1 6 4 8 - 1 6 6 3   1652   Fo r   f in al   en s em b le  ev alu ati o n ,   f i ve - f o l d   cr o s s - v alid atio n   was  co n d u cte d   u s in g   Stra tifie d KFo ld   ( n _ s p lits =5 ,   s h u f f le= T r u e ,   r an d o m _ s tate= 4 2 )   to   en s u r e  co n s is ten t  clas s   p r o p o r tio n s   ac r o s s   all  f o ld s .   I n   ea ch   f o ld ,   th e  en s em b le  was  tr ain e d   f r o m   s cr atch   o n   th e  tr ain in g   p o r tio n   o f   th at  f o ld   a n d   e v al u a ted   o n   th e  h eld - o u t  test   p o r tio n .   T h is   p r o ce d u r e  en s u r es  th at  n o   test   d ata  was  s ee n   d u r in g   tr ain in g   in   an y   f o ld ,   p r o v id i n g   an   u n b iased   esti m ate  o f   g en er ali za tio n   p er f o r m a n ce .   Ma cr o - a v er ag ed   p r ec is io n ,   r ec all,   F1 - s co r e,   an d   ac c u r ac y   wer e  co m p u te d   p er   f o ld ,   with   f in al  p er f o r m an ce   r ep o r ted   as  m ea n   ±   s tan d ar d   d e v iatio n   ac r o s s   all  f iv e  f o ld s .       T ab le  1 .   Data s et  d escr ip tio n   b ef o r e  an d   af ter   a u g m e n tatio n   M a i z e   V a r i e t y   I n i t i a l   D a t a s e t   S i z e   A u g m e n t e d   D a t a s e t   S i z e   B h i h i l i f a   1 , 3 2 8   6 , 4 8 0   S a n z a l   S i m a   8 5 0   5 , 1 0 0   W a n g   D a t a a   1 , 0 2 4   6 , 1 4 4           Fig u r e  4 .   C lass   d is tr ib u tio n   o f   B h ih ilifa ,   San za l Sim a,   an d   W an g   Data a  im ag es a cr o s s   tr ain i n g ,   v alid atio n ,   an d   test   s p lits ,   co n f ir m in g   c o n s is ten t c las s   p r o p o r tio n s   f o llo win g   s tr atif ied   s am p lin g       2 . 2 . 3 .   Da t a   a ug m ent a t io n   T o   en h an ce   d ataset  d iv er s it y   an d   r e d u ce   o v er f itti n g ,   s tan d ar d   au g m e n tatio n   tr an s f o r m atio n s     wer e  ap p lied   u s in g   Ke r as’s  I m ag eDa taGe n er ato r :   r o tatio n _ r a n g e= 2 0 °,  wid th _ s h if t_ r an g e= 0 . 2 ,   h eig h t_ s h if t_ r a n g e= 0 . 2 ,   s h ea r _ r an g e= 0 . 2 ,   an d   c h an n el_ s h if t_ r an g e= 2 0 .   T h ese  t r an s f o r m atio n s   s im u late  r ea lis tic  v ar iatio n s   in   s ee d   o r ien tatio n ,   s ca le,   an d   illu m in atio n   en co u n ter ed   d u r in g   p r ac ti ca l  s ee d   h an d lin g .   Af ter   au g m en tatio n ,   th e  d ataset  ex p an d ed   as  in d icate d   in   T ab le  1 ,   p r o v id in g   s u f f icie n t  v ar iab ilit y   f o r   r o b u s t  m o d el  tr ain in g .     2 . 2 . 4 .   Da t a   p re pro ce s s ing   All  im ag e  f ile   p ath s   a n d   la b els  wer e  co n v er te d   to   Nu m Py   ar r a y s   to   s tr ea m lin e  m an ip u latio n .     An   I m ag eDa taGe n er ato r   p ip e lin e  n o r m alize d   p ix el  v al u es  b y   s ca lin g   1 /2 5 5   t o   th e  [ 0 ,   1 ]   r an g e,   s tab ilizin g   g r ad ien t  u p d ate s   d u r in g   b ac k p r o p a g atio n .   C lass   lab els  we r e  o n e - h o t  en co d ed   to   b e  c o m p atib le  with   th e  ca teg o r ical  cr o s s - en tr o p y   lo s s   f u n ctio n .   I m a g es  wer e  r esized   to   2 2 4 ×2 2 4 ×3   ( R GB )   p ix els  as  r eq u ir ed   b y   th e  p r e - tr ain ed   ar ch itectu r es.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l     I SS N:   2252 - 8 7 7 6       F r o m  d a ta   to   d ec is io n s :   en s emb le  d ee p   lea r n in g   fr a mewo r k  fo r   ma iz e  s ee d   va r iety   …  ( E mma n u el  A s a n te )   1653   2 . 3 .     E v a lua t i o n m et rics   T h e  m o d els  in   th is   wo r k   ar e  ev alu ated   u s in g   f o u r   w id ely   ad o p ted   p er f o r m an ce   in d icato r s :    Acc u r ac y   ( 1 ) ,   Pre cisi o n   ( 2 ) ,   R ec all  ( 3 ) ,   an d   F1 - s co r e  ( 4 ) .   T h ese  m etr ics  co llectiv ely   m ea s u r e  th e   co r r ec tn ess ,   s en s itiv ity ,   an d   b alan ce   o f   t h e  class if icatio n   p er f o r m an c e.   T h e  ev al u atio n   was  co n d u cted   u s in g   5 - f o l d     cr o s s - v alid atio n ,   an d   th e  r ep o r ted   r esu lts   r ep r esen t  th e  m ea n   ±   s tan d ar d   d ev iatio n   ac r o s s   f o ld s   to   en s u r e  s tatis t ical  r eliab ilit y   an d   r o b u s tn ess   o f   th e  en s em b le  m o d el.       =  +   +  +  +    ( 1 )       =   +    ( 2 )       =   +    ( 3 )     1 −  = 2 ∗ ∗ +   ( 4 )     W h er e  T P,  T N,   FP ,   an d   FN  r ep r esen t  tr u e  p o s itiv e,   tr u e  n e g ativ e,   f alse  p o s itiv e,   an d   f alse  n eg ativ e,   r esp ec tiv ely .     2 . 4 .     M o del dev elo pm ent   2 . 4 . 1 .   B a s eline   m o del   A  b aselin e  C N N,   as  s h o wn   in   Fig u r e  5 ,   was  d ev elo p ed   to   p r o v id e  a  p er f o r m a n ce   b en c h m ar k   f o r   co m p ar is o n   with   th e  tr a n s f er   lear n in g   a n d   en s em b le  ap p r o ac h es.  T h e  ar ch itectu r e  co n s is ts   o f   two   co n v o l u tio n al  b lo ck s ,   ea ch   c o n tain in g   a  C o n v 2 D  lay er   ( 3 ×3   k er n els,  R eL U  ac tiv atio n ) ,   a  Ma x Po o lin g 2 D  lay er   f o r   s p atial  d o wn - s am p lin g ,   an d   a  D r o p o u t  lay er   to   m itig ate  o v er f itti n g .   T h e  f ir s t  b lo ck   u s es  3 2   f ilter s   an d   th e  s ec o n d   u s es  6 4 .   Af te r   th e  co n v o l u tio n al  b lo c k s ,   a  g lo b al  av er ag e  p o o lin g   ( GAP)   lay er   r ed u ce s   th e   s p atial  d im en s io n s ,   f o llo wed   b y   a  Den s e  lay er   ( 1 2 8   u n its ,   R eL U) ,   a  Dr o p o u t la y er ,   an d   a  s o f tm ax   o u tp u t la y er   with   3   u n its   co r r esp o n d in g   t o   th e  3   m aize   v ar ieties.  T h e   m o d el  was  co m p iled   with   t h e  Ad am   o p tim izer   ( lear n in g   r ate= 0 . 0 0 1 )   an d   ca teg o r ical  cr o s s - en tr o p y   lo s s .   T r ain in g   u s ed   b atc h   s ize  5 ,   5 0   ep o ch s ,   an d   ea r l y   s to p p in g   with   p atien c e= 5 .   T h e  b aselin e  m o d el  s er v e d   th r e e  p u r p o s es:  ( i)   estab lis h in g   a   p er f o r m an ce   l o wer   b o u n d ;  ( ii)  v alid atin g   d atas et  q u ality   an d   lear n ab ilit y ;  an d   ( iii)  g u id in g   s u b s eq u en t   ar ch itectu r al  an d   h y p er p ar am eter   d ec is io n s .           Fig u r e  5 .   B aselin e  C NN  ar ch itectu r e  f o r   Gh an aian   m aize   s ee d   v ar iety   class if icatio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 7 6   I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l ,  Vo l.  1 5 ,   No .   4 ,  D e c em b er   20 2 6 :   1 6 4 8 - 1 6 6 3   1654   2 . 4 . 2 .   P re - t r a ined  m o dels   Acc ess   to   lar g e,   well - an n o tated   ag r icu ltu r al  d atasets   is   lim ited   in   m an y   Af r ican   co n tex t s ,   m ak in g   tr an s f er   lear n in g   a  h ig h ly   s u itab le  s tr ateg y .   T r an s f e r   lear n in g   en a b les  m o d els   p r e - tr ai n ed   o n   I m ag eNe t  [ 2 1 ]   to   ad ap t  th eir   lear n e d   f ea tu r e  r e p r esen tatio n s   to   s m aller ,   d o m ain - s p ec if ic  d atasets   s u ch   as  m aize   s ee d   im ag es,  s u b s tan tially   r ed u cin g   t r ain in g   tim e,   p r ev e n tin g   o v er f itti n g ,   a n d   im p r o v in g   g en e r aliza tio n   [ 2 2 ] .   T h r ee   p r e - tr ain ed   ar ch itectu r e s   wer e  s elec ted   f o r   th ei r   co m p lem en tar y   s tr en g th s   in   v is u al  f ea tu r e   ex tr ac tio n :  ( i)   Mo b ileNetV2   [ 2 3 ] ,   ch o s en   f o r   its   s u itab ilit y   f o r   m o b ile  an d   em b ed d e d   s y s tem s   v ia  in v er ted   r esid u als  an d   lin ea r   b o ttlen ec k s ;  ( ii)  Den s eNe t1 6 9   [ 1 7 ] ,   s e lecte d   f o r   its   d en s e  co n n ec tiv ity   th at  en co u r ag es  f ea tu r e  r e u s e  an d   ef f icien t   g r ad ien t  f lo w;  an d   ( iii )   Xce p tio n   [ 1 8 ] ,   ch o s en   f o r   its   d ep th wis e  s ep ar ab le   co n v o l u tio n s   th at  im p r o v e  r e p r esen tatio n al  ca p ac ity   wh ile  r ed u cin g   c o m p u tatio n al  co s t.  All  th r ee   h av e  b ee n   ex ten s iv ely   v alid ated   o n   s ee d ,   cr o p ,   a n d   p la n t c lass if icatio n   task s   [ 1 ] ,   [ 8 ] ,   [ 2 2 ] .    Fin e - tu n in g   was  p er f o r m ed   b y   f r ee zi n g   t h e  co n v o l u tio n al  b ase  o f   ea ch   m o d el   to   p r eser v e  lear n e d   lo w - lev el  f ea tu r es,  an d   ap p e n d in g   task - s p ec if ic  lay er s :  a   GAP   lay er ,   a  Den s e  lay er   ( 1 2 8   u n its ,   R eL U) ,     a  Dr o p o u t  lay er   ( r ate= 0 . 2 ) ,   a n d   a  th r ee - class   s o f tm ax   o u t p u t   lay er .   T r ain in g   h y p er p ar a m eter s   wer e  co n s is ten t  ac r o s s   all  m o d els:   b atch   s ize= 5 ,   in itial  lear n in g   r ate= 0 . 0 0 1 ,   m ax im u m   5 0   ep o c h s ,   ea r ly   s to p p in g   ( p atien ce =5 ) ,   a n d   R ed u ce L R On Plateau   s ch ed u lin g   ( f ac to r =0 . 2 ,   m in im u m   lear n in g   r ate= 1 ×1 0 ⁻⁴)   to   ad a p t  th e   lear n in g   r ate  w h en   v alid atio n   l o s s   p latea u ed .   T h e  f in e - tu n i n g   p r o ce s s   is   illu s tr ated   in   Fig u r e  6 .           Fig u r e  6 .   Fin e - tu n in g   p ip elin e  f o r   th e  p r e - tr ain e d   tr an s f er   lear n in g   a r ch itectu r es    ( Den s eNe t1 6 9 ,   Mo b ileNetV2 ,   an d   Xce p tio n )       2 . 5 .     P r o po s ed  ens em ble a pp ro a ch   An   en s em b le   lear n in g   s tr ateg y   was  im p lem en ted   to   co m b i n e  th e  p r ed ictiv e  s tr en g t h s   o f   m u ltip le  f in e - tu n e d   m o d els.  T h e   s tack in g   tech n iq u e  a g g r e g ated   th e   p r o b ab ilis tic  o u tp u ts   f r o m   th e  t wo   b est - p er f o r m in g   in d iv id u al  m o d els,  Den s eNe t1 6 9   an d   Xce p tio n ,   in to   a  m eta - m o d el  th at  g en er ates  th e   f in al  p r ed ictio n   as  s h o wn   in   Fig u r e   7 .   T h is   ap p r o ac h   e n h an ce s   ac cu r ac y   a n d   r o b u s tn ess   b y   lev e r ag in g   th e  co m p lem en tar y   lear n in g   p atter n s   o f   th e   two   ar ch itectu r es.   E ac h   f in e - tu n ed   m o d el  p r o d u c ed   a  p r o b ab ilit y   d is tr ib u tio n   o v er   th e  th r ee   clas s es.  T h ese  o u tp u ts   wer e  co n ca ten ated   to   f o r m   a  s in g le  f ea tu r e  v ec to r ,   wh ic h   was th en   p ass ed   to   a  m eta - class if ier   co n s is tin g   o f   a  Den s e  lay er   ( R eL U  ac tiv atio n ) ,   a   Dr o p o u t la y er   ( r ate= 0 . 2 ) ,   an d   a  s o f tm ax   o u tp u t la y e r .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l     I SS N:   2252 - 8 7 7 6       F r o m  d a ta   to   d ec is io n s :   en s emb le  d ee p   lea r n in g   fr a mewo r k  fo r   ma iz e  s ee d   va r iety   …  ( E mma n u el  A s a n te )   1655       Fig u r e  7 .   Pro p o s ed   e n s em b le  ar ch ite ctu r e  co m b in in g   Den s eNe t1 6 9   an d   Xce p tio n   v ia  f ea tu r e  co n ca ten atio n   an d   a  s tack ed   m eta - class if ier       T h e  en s em b le  p r o ce s s   is   f o r m alize d   as  ( 5 ) - ( 1 0 ) :       = (   ( I ) )   ( 5 )       169 = (   169 ( I ) )   ( 6 )      = c on c a t (   ,   169 )     ( 7 )     = R e L U (  , )     ( 8 )      =   ( ,  = 0 . 2 )     ( 9 )     = s oft ma x (  , )     ( 1 0 )     W h er e ,    I : I n p u t   ten s o r   wi th   s h ap e  ( 2 2 4 ,   2 2 4 ,   3 ) .   B Xception : T h e  b ase  m o d el  Xce p tio n   with o u t th e  t o p   lay er s .   B DenseNet169 : T h e  b ase  m o d el  D en s eNe t1 6 9   with o u t th e   to p   la y er s .   : T h e  GAP   o p er atio n .   F Xception : O u tp u t f ea tu r e  m ap   f r o m   th e  Xce p tio n   b ase  m o d el  a f ter   GAP .   F DenseNet169 : O u tp u t f ea tu r e  m a p   f r o m   th e  Den s eNe t1 6 9   b ase  m o d el  af ter   GAP .   F concat : Co n ca ten ated   f ea tu r e  v ec to r   f r o m   all  th r ee   b ase  m o d e ls .   W d :  W eig h t  m atr ix   o f   th e   d e n s e  lay er   with   R eL U  ac tiv at io n . ,   b d :  B ias  v ec to r   o f   th e   d e n s e  lay er   with   R eL U  ac tiv atio n .   D:  Ou tp u t o f   th e   d en s e  lay er   with   R eL U  ac tiv atio n . ,   D drop : O u tp u t a f ter   a p p ly in g   d r o p o u t  to   D.   W o : We ig h t m atr ix   o f   t h e  f in al   d en s e  lay er   ( o u tp u t la y er )   wit h   s o f tm ax   ac tiv atio n .   b o : Bi as  v ec to r   o f   th e  f in al  d en s e  lay er   ( o u tp u t la y er )   with   s o f tm ax   ac tiv atio n .   P: Fin al  class   p r o b ab ilit ies af t er   ap p ly in g   th e  s o f tm a x   f u n cti o n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 7 6   I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l ,  Vo l.  1 5 ,   No .   4 ,  D e c em b er   20 2 6 :   1 6 4 8 - 1 6 6 3   1656   2 . 5 . 1 .   E ns em ble  ca nd ida t e  s e lect io n  ( Abla t io n)   An   ab latio n   s tu d y   was  co n d u cted   to   id en tify   th e  o p tim al  en s em b le  co n f ig u r atio n .   All  p a ir wis e  an d   tr ip le  co m b in atio n s   o f   t h e  th r e e  f in e - tu n e d   m o d els  wer e  ev al u ated   o n   th e  test   s et.   As  s u m m ar ized   in   T a b le  2 ,   th e  Xce p tio n   +  Den s eNe t1 6 9   ( X+ D)   co m b in atio n   ac h ie v ed   th e  b est  p er f o r m an ce   a cr o s s   all  m etr ics     ( ac cu r ac y ,   p r ec is io n ,   r e ca ll,  F1 - s co r e  =   0 . 9 7 )   with   a   m o d er ate  tr ain ab le   p ar a m eter   f o o tp r in t  o f   3 . 1 8   MB,   ju s tify in g   its   s elec tio n   f o r   th e  p r o p o s ed   en s em b le.         T ab le  2 .   Ab latio n   s tu d y : p e r f o r m an ce   co m p ar is o n   o f   en s em b le  co n f ig u r atio n s   o n   test   d ata   M o d e l s   A c c u r a c y   P r e c i s i o n   R e c a l l   F 1 - sc o r e   T r a i n a b l e   P a r a ms ( M B )   D + M   0 . 9 5   0 . 9 5   0 . 9 5   0 . 9 5   2 . 5 2   X + M   0 . 9 5   0 . 9 5   0 . 9 5   0 . 9 5   2 . 8 5   X + D   0 . 9 7   0 . 9 7   0 . 9 7   0 . 9 7   3 . 1 8   X + D + M   0 . 9 6   0 . 9 6   0 . 9 6   0 . 9 6   4 . 2 7       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   T h is   s ec tio n   p r esen ts   an d   in ter p r ets  th e  ex p er im e n tal  r esu lts   ac r o s s   f o u r   s u b - s tu d ies:   ( 3 . 1 )   b aselin e  C NN  p er f o r m a n ce ,   ( 3 . 2 )   c o m p ar ativ e  e v alu atio n   o f   in d iv id u al  p r e - tr ain e d   m o d els  an d   th e   en s em b le,     ( 3 . 3 )   class - wis e  p r ed ictio n   an aly s is   an d   s tatis tical  v ali d atio n ,   an d   ( 3 . 4 )   ex p lain ab ilit y   v is u aliza tio n .     E ac h   s u b - s ec tio n   c o n tex tu aliz es f in d in g s   r elativ e  to   t h e  s tu d y ’ s   o b jectiv es a n d   p r io r   liter atu r e.     3 . 1 .     B a s eline  re s ults   Fig u r e  8   p r esen ts   th e  b aselin e  C NN’ s   tr ain in g   cu r v es  Fig u r e  8 ( a)   an d   co n f u s io n   m atr i x   o n   th e  test   s et  Fig u r e  8 ( b ) .   T h e  m o d el  wa s   tr ain ed   f o r   5 0   e p o ch s   an d   ac h iev ed   a  tr ain in g   ac c u r ac y   o f   ap p r o x im ately   0 . 9 0   an d   a  v alid atio n   ac cu r ac y   o f   a p p r o x im ately   0 . 8 5 .   B o th   tr ai n in g   an d   v alid atio n   lo s s es  d ec r ea s ed   co n s is ten tly ,   with   tr ain in g   lo s s   co n v er g in g   to   ap p r o x im ately   0 . 2 5 .   T h e  clo s e  alig n m en t  o f   th e  ac cu r a cy   an d   lo s s   cu r v es   in d icate s   ad eq u ate  g e n er aliza tio n   with o u t sig n s   o f   s ev er e  o v e r f itti n g .   T h e  b aselin e  C NN  ac h i ev e d   an   ac cu r ac y   o f   8 5 %  o n   th e   test   s et.   T ab le  3   s h o ws  th at  B h ih ilifa   was  class if ied   n ea r - p er f ec tl y   ( p r e cisi o n =1 . 0 0 ,   r ec all=0 . 9 8 ,   F1 =0 . 9 9 ) ,   wh er ea s   San za l  Sim a  an d   W an g   Data a   ac h iev ed   s u b s tan tially   lo wer   F1 - s co r es  o f   0 . 7 2   a n d   0 . 7 7 ,   r esp ec tiv ely .   T h e   co n f u s io n   m atr ix   s h o ws  th at  6 5 3   San za l  Sima   im ag es  wer e  co r r ec tly   class if ied ,   3 6 7   wer e  m is class if ied   as  W an g   Data a,   1 , 0 7 9   W an g   Data a  im ag es  wer e  co r r ec tly   id e n tifie d ,   an d   1 5 0   wer e   m is class if ie d   as  San za l  Sima .   T h is   p atter n   in d icate s   th at  t h e   two   v ar ieties s h ar e  o v er lap p i n g   m o r p h o lo g ical  ch ar ac ter is tics   th at  ch allen g e  s h allo w  f ea tu r e  ex tr ac to r s .   W h ile  th e  b aselin e  d em o n s tr ated   th at  m ea n in g f u l  p atter n s   ex is t  in   th e  d ataset,   its   lim ited   d is cr im in ativ e  ca p ac it y   m o tiv ated   th e  u s e  o f   d ee p er   ar ch itectu r es.           ( a)   (b )     Fig u r e  8 .   B aselin e  tr ain in g   c u r v e  ( a)   a n d   co n f u s io n   m atr ix   an d   ( b )   o n   test   s et       3 . 2 .     Co m pa ra t iv e  s t ud y   o f   d ee p lea rning   a pp ro a ches   T ab le  3   a n d   Fig u r e  9   s u m m a r ize  th e  p er f o r m an ce   o f   th e   f o u r   d ee p   lear n in g   m o d els,  De n s eNe t1 6 9 ,   Mo b ileNetV2 ,   Xce p tio n ,   an d   th e  p r o p o s ed   en s em b le,   o n   th e  test   s et.   Fig u r e  9   s h o ws  th e  tr ain in g   cu r v es  f o r   ea ch   m o d el,   an d   Fig u r e  1 0   s h o ws th eir   co r r esp o n d in g   c o n f u s io n   m atr ices.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l     I SS N:   2252 - 8 7 7 6       F r o m  d a ta   to   d ec is io n s :   en s emb le  d ee p   lea r n in g   fr a mewo r k  fo r   ma iz e  s ee d   va r iety   …  ( E mma n u el  A s a n te )   1657   Am o n g   th e  in d i v id u al  p r e - tr ai n ed   ar c h itectu r es,  Den s eNe t1 6 9   ac h ie v ed   th e   h ig h est  p er f o r m an c e  at  9 4 %  ac r o s s   all  m et r ics,  f o llo wed   b y   Xce p tio n   at  9 3 %  an d   Mo b ileNetV2   at  9 2 %.  All  th r ee   s ig n if ican tl y   o u tp er f o r m ed   t h e  b aselin e   C NN  ( 8 5 %),   co n f ir m in g   th e  b en ef it  o f   I m ag eNe t - p r etr ain ed   f ea tu r e  r ep r esen tatio n s   f o r   d o m ain - s p ec if ic  class if icatio n   task s .   De n s eNe t1 6 9   ac h iev ed   th e  m o s t  s tab le  an d   co n s is ten t   tr ain in g   b eh av i o r ,   with   tr ain in g   an d   v alid atio n   ac cu r ac ies  co n v e r g in g   n ea r   0 . 9 4   an d   s tead ily   d ec r ea s in g   lo s s es  ( Fig u r e  9 ( a ) ) .   I ts   co n f u s i o n   m atr ix   ( Fig u r e   10 ( a ) )   s h o ws  1 , 2 9 0   co r r ec tl y   class if ied   B h ih ilifa ,   9 1 8   San za l  Sima ,   an d   1 , 1 2 8   W an g   Data a  s am p les,   r ef lectin g   s tr o n g   d is cr im in at iv e  ab ilit y   d u e  to   its   d en s e  co n n ec tiv ity   an d   f ea tu r e  r eu s e  m ec h an is m .   Mo b ileNetV2   r ea ch e d   a   f in al   ac cu r ac y   o f   0 . 9 2   af ter   2 5   ep o ch s   ( Fig u r e   9 ( b ) ) ,   with   m o r e  m is class if ic atio n s   b etwe en   San za l  Sima   an d   W an g   Data a  ( Fig u r e  1 0 ( b ) ) ,   co n s is ten t  with   its   lig h tweig h t  d esig n ,   w h ich   p r io r itizes  co m p u tatio n al  e f f i cien cy   o v er   r ep r esen tatio n al   d ep th .   Xce p tio n   attain ed   0 . 9 3   af ter   2 0   ep o ch s   ( Fig u r e  9 ( c) ) ,   ac h iev i n g   im p r o v ed   class   s ep ar at io n   o v e r   Mo b ileNetV2   th r o u g h   its   d ep th wis e  s ep ar ab le  co n v o l u tio n s   ( Fig u r e  1 0 ( c ) ).   T h e  p r o p o s ed   en s em b le  f u r t h er   im p r o v ed   p e r f o r m an ce   t o   0 . 9 7   ac r o s s   all  m etr ics  ( F ig u r e  9 ( d ) ,    Fig u r e  1 0 ( d ) ) .   T h is   im p r o v e m en t  r ef lects  th e  p r i n cip le  o f   en s em b le  d iv er s ity :  Den s eNe t1 6 9 ’ s   d e n s e  f ea tu r e   p r o p a g atio n   a n d   Xce p tio n ’ s   e f f icien t  s p atial  s ep ar atio n   ca p tu r e  co m p lem en tar y   d is cr im in ativ e  p atter n s ,   a n d   th eir   co m b in atio n   r e d u ce s   in d iv id u al  m o d el  b iases ,   p ar ticu lar ly   f o r   th e  San za l  Sima – W an g   Data a  co n f u s io n   th at  p er s is ted   in   s in g le  m o d els.  T h e  en s em b le  ac h iev ed   1 , 2 9 1   co r r ec t  B h ih ilifa ,   9 5 3   San z al  Sima ,   an d   1 , 1 9 5   W an g   Data a  class if icatio n s ,   w ith   v er y   f ew  er r o r s   ac r o s s   class es .        T ab le  3 .   C o m p a r is o n   o f   DL   m o d els u s in g   weig h ted - av er a g e  Acc u r ac y ,   Pre cisi o n ,   R ec all,   a n d     F1 - Sco r e  o n   test   d ata   No   M o d e l   A c c u r a c y   P r e c i s i o n   R e c a l l   F1 - sc o r e   1   M o b i l e N e t v 2   92   92   92   92   2   X c e p t i o n   93   93   93   93   3   D e n seN e t 1 6 9   94   94   94   94   4   En se mb l e   97   97   97   97           ( a)   ( b )         ( c)   ( d )     Fig u r e  9 .   T r ain in g   i n s ig h ts   o f   ( a)   Mo b ileNetv 2 ,   ( b ) Xce p tio n ,   ( c)   Den s eNe t1 6 9 ,   an d   ( d )   e n s em b le  m o d el       3 . 3 .     Cla s s - wis e  predict io ns   a nd   s t a t is t ica l v a lid a t io n   P e r - c l as s   c la s s i f i ca t i o n   r e p o r t   f o r   a l l   m o d e l s ,   a s   s h o w n   i n   T a b l e   4 ,   i n d i c a t e s   t h a t   t h e   p r o g r e s s i v e  i m p r o v e m e n t   a c r o s s   a r c h i t e ctu r e s   is   c o n s i s t e n t   a n d   i n t e r p r e t a b l e .   T h e  b a s el i n e   C N N   ac h i e v e d   n e a r - p e r f e c t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.