Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   9 , No .   6 ,  Decem ber   201 9 , p p.   5192~ 5204   IS S N: 20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v9 i 6 . pp5192 - 52 04          5192       Journ al h om e page :  http: // ia es core .c om/ journa ls /i ndex. ph p/IJECE   Robust featu re ext ractio n metho ds for ge neral fis h classifi cation        Mutase m K . Alsm adi 1 ,  Mohamme d T ayf ou r 2 ,   Ra e d  A.   Alkh as awne h 3 ,  Us am a  B ada w i 4 ,    Ibra him  A lm ar as hde h 5 ,  Fir as H ad d ad 6   1, 2,4,5 Depa rtment   of  Mana gemen t Inform at ion  S y s t ems ,   Coll eg e  of   Applie d  Stud ie s  and  Com m unity   Servic e ,     Im am Abdu l rah m an  Bin  Faisa l U nive rsit y ,   Saud i  Arabi a   3,6 Depa rtment   of   Gene r al   Course s,  Coll ege of  Ap pli ed   Studie s  an d  Com m unity   Se rvic e ,     Im am Abdul rah m an   Bin  Faisa l U nive rsit y ,   Saud i  Arabi a       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Ma r   2 , 2 01 9   Re vised  Ju l   6 ,   201 9   Accepte d  J ul   17 , 2 01 9       Im age   rec ogniti on  proc ess  coul d  be  pla gued  by   m an y   probl e m s  inc ludi ng  noise,   ov erlap,  distort ion,  err o r s  in  th e   out co m es  of  segm ent at ion ,   and  impediment  of  obje c ts  withi n  the   image.   Base d  on  fea ture   se le c ti on  and   combinat ion  th e or y   be twee n  m a jor  ext ra cted  feature s,  thi s  stud y   at t empts  to  esta bli sh  a  s y st e m   tha t  coul d  recogniz e  fish  object  withi n  the   image  uti l iz ing   te xtur e,   an chor   point s,  and  sta tis ti ca l  m e asure m ent s.  Th en,   a  g ene ri c  fish   cl assifi ca t ion  is  exe cu te d  with  th e  application  of  an  innovative   class ifi cation   eva lu at ion   throu gh  a  m eta - heur isti c  al gor it hm   kn own  as  Mem et ic  Algorit hm   (Gene tic  Algori thm  with  Sim ula t ed  Annea ling)  with  bac k - propa gation  al gorit hm   (MA - B  Cla ss ifi er ).   H ere ,   images  of   d ange rous  and   no n - dange rous  fish  are  re cognize d.   Im age s  of   dange rous  f ish  are  furth er  re c ogniz ed   as   Preda tor y   or  Pois on  fish  family ,   where as  famili e s  of  non - dange rous  fish   are   cl assifi ed  int o  g ard en  and  food   f amil y .   A  total  of   24  fish  famili es   were   used   in  te sting  the   proposed  protot y pe ,   where b y   ea ch  famil y   en compass es  diffe ren t  num be r  of  spec ie s.   Th e  proc ess  of  c las sific at ion   was  succ essful l y   under ta k en  b y   th e  proposed  pro to t y p e, whe reb y   4 00  disti nc t  fish  i m age s were   used  in  the   expe rimental  te sts.  Of  the se  fish  images,   250  were   used  for   tra ini ng  ph ase   while   150  were   used  for  te sting  phase .   The   ba ck - pr opaga t ion   al gorit hm   and   t he  proposed  M A - B  Cla ss ifi er  produc ed  a  gen era l  a c cur a c y   rec ogni ti on  r ate of 82. 25   and   90 %  respe ct iv ely .   Ke yw or d s :   An c hor  points  m easur em ents   Ba ck pr op a gati on alg or it hm   M et a - heurist ic   al gorithm   Feat ur es  ex t rac ti on   Stat ist ic al   m ea su rem ents   Textu re m easur em ents   Copyright   ©   201 9   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Muta sem  A ls m adi,    Dep a rtm ent o f M IS , C ollege  of Ap plied  Stu di es an d  Com m un it y Se rv ic e,   Im a m  A bd ul ra hm an  Bi n  Fais al  U ni ver sit y,   Al - D am m a m ,  Saudi A ra bia .   Em a il :  m ks al s m adi@g m ai l.c om ,   m kals m adi@iau.e du.sa       1.   INTROD U CTION   The  tra diti on al   i m age  recogni ti on   proces s  m os tly  e m plo yed   the  s kill s  and   se ns es  of  hum an  wh ic h  has  ca us e d  in accurate  a nd  un s at isfact or y   rec ogniti on  process .  D ue  to  the  im po rt ance  of  this  process ,   com pu te rs  are  now used   f or  re cogniti on   pro cesses d ue  to t hei r  le vel  of  ac cur acy  a nd  e ff i ci ency. In this  reg a rd,   a  nu m ber   of  appr oach es  ha ve   been   em plo ye d  for  im age   processin g  [1 - 8]   an d  patte r n  rec ogniti on   [9 - 11] .  Im age  recog niti on   has  bee n  act ively   stud ie d  a nd  se ver al   researc hes   ha ve   bee n  c onduc te d  on   this  s ubj ect .   Ther e   are   in   f act   m any  issues  ass ociat ed  with  im age  re cogniti on  s uch  as  distor ti on ,   obje ct   ove rlap  a nd   blo c kad e  in  dig it al   i m ages,  and   al so   er r or s  in  the  resu lt s  of   se gm entat io n  [12 - 15] .  As  has  bee n  show n  i n  pr ese nt  re sear ches,  t he  al re ady  avail able   fish  rec ogniti on   syst em s  are  sti ll   la cking   i n  ce rtai n  areas.   Fo r   insta nce,  t he  c urren t  syst e m s  are  sti ll   no t  suffici ently   able  to  detect   and  cl assify   fi sh .  A par t  from   that,  sign ific a nt  nu m ber   of   daily   deaths  sti ll   happens  owin g  to  fail ur e  in  m aking   disti nctio n  betwee n  fis hes   that  are   dange rous  a nd  tho se  that ar e  not  [16 - 20] .    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Ro bu st f e atu re   ext ra ct ion met hods  f or   ge ner al fi sh  cl as sif ic ation  ( Muta se m  Als madi )   5193   The  m ai n  con trib ution   of   this   work   is  to  de velo p  a  syst e m   fo r  fish  im age  cl assifi cat ion ,   wh e re  this   syst e m   e m plo ys  ancho r  points,  te xt ur e  as  well   as  st at ist ic al   m easur em ents  f or  featu res  e x tr act ion .   Accor dingly ,  the  cl assifi cat ion   of   fish  im ag es  has  bee n  ch os e n  as  the  fo c al   po int  of   this   stud y.  Fish  im age  of   certai n  siz e  a nd  f orm at   is  the  input  of  the   pr opos e d  syst em ,   an d  us in g  the  an ch or  poi nts,  te xtu re   an d  sta t ist ic a l   m easur em ents,  featu re s  of  the  fis h  im ages  will   be   e xtracted .  T he n,   us i ng  the   MA - B  Cl assif ie r  on   the  extracte d  featur e s,  the  f ish  in  quest io n  w ould  be   cl assifi ed  int o  da ng e r ou s  a nd  non - da nger ous   fish.   This  fish  im ag e  will   f ur t her  be   cl assifi ed   as  Pr e dator y   or  P oison ou s   fis h  ( if   da nger ous) ,  or  ga r den  or  f ood  fis h  (if non - da nger ou s ). T his stu dy  w ould  b e  of  value  t o  m any aren as  inclu di ng m arine,  in du stry an d  a gr ic ul ture.   The  rest  of  the   pa per  is  orga nized   as  fo ll ows:  Sect io n  2  discusse d  the   li te ratur e  re view.   Sect io n  3  descr i bes  m a ter ia ls and  m et ho ds  em plo ye d.   Sect ion   4  desc r ibes the classi f ie r  arch it ect ure . S ect ion   5  disc us ses   and  eval uates  the  obta ine d  r esults  usi ng  th e  pro posed   M A - B  Cl assifi e r   an d  oth e r  cl a ssific at ion   m eth ods.   Sect ion   6  c onc lud es  the  pa per .       2.   LIT ERATUR E REVIE W    Fish  recog niti on  is  ver y  c om pl ic at ed  an d  dif ficult   ta sk  bu t  is   use f ul  to  business   an d  a gr ic ultur e .   Distortio n,  ov erlap,  noise ,  di stortion,  occlusio n,   a nd  al s o  er r or   i n  se gm entat ion   are  a m on g  the  c ha ll eng es   faced  i n  achie ving  accu rate  and   reli able  fis h  rec o gn it io n   [2 1 - 3 4 ] .   Am on g  the  works  re le van t  to  this  s tud y  is   on e  from   Mok ti   and   Sala m   [35 ] .  I n  their  w ork,   the  a uthor s  app li ed  a  hy br i d  of   Me a n - sh ift  an d  m edi an - c ut  al gorithm s  in  their  segm entat ion   of  c olor  fis h  im ages.   P rio r  to   that,   the   im age  pre - proc essin g  te ch nique  was   app li ed   in  ord er  to  im pr ove   the  im age  be fore  it s  c olo r   sp ace  was  tr a ns f or m ed  int o  LU V  c olor  s pace.   The n,   t o  cl us t er  ar ound  t he   re gion,  t he  a uthors  ap plied   the  m ean - sh i ft  segm entat ion .  H ow e ve r,   since   the  segm entat ion  exec uted   by   Me an - s hift  a lgorit hm   is  of   lo w  le vel,   c ertai n  re gion  carries  no  se m antic  m eaning .  He nc e,  m edian - cut  al gorithm   can  be  use d  as  so l ution   t o  this  prob le m .  Fu rt herm or e,  this  al gorithm   has  the  ca pa bili ty   to  red uce  t he   colo r  de pth   i ns ide  t he  im ag e.  W it h  the  a ppli cat ion   of  M e an - s hift  a nd   m edian - cut  hy br id ,  the   resu lt s  wer e   im pro ved   e sp eci a ll y  in  te r m s  regi on   gro up i ng.  Be sides  that,  t he  a uthors  we r e  able  to  achieve  cl earer  bor der s   of   se gm ented  re gions  ea sie r.   Usi ng   t he  pr opos e d  al gorithm   pr ovides   the  ad va ntages   of  Me an - s hift se gm entat ion  m et ho d.  At  t he   sam e  tim e,  the  wea kn e sses  as so ci at ed  with  t he  us e   of m edian - cut  gro up i ng m et h od are  ev a de d.   In   Alsm adi  et  al .  [ 36 ] ,  a  fi sh   cl assifi cat ion   prototype  was  pro pose d.  This  prot otype  com bin es   betwee n  the   fe at ur es  e xtracte d  f r om   m easurem ents  of   sh a pe   an d  siz e  us in g  the  m easur e m ents  of   dista nce  a nd  geo m et ry.  The  authors  em pl oyed  20  dif fere nt  fam i li es  o f  fish  co ntaini ng   diff e ren t  fi sh   ty pes  each,   an d    the  sam ple  us ed  co ntains  a  total   of   35 0  di ff e ren t  ty pes  of  fish  im ages.  These  im ages  wer e  s plit   into  two  dataset s,  with  257  trai ni ng  i m ages in  o ne d at aset  an d  93 test ing  im ages i n  the o t her . T he  au th or s att ai ne d  86%   accuracy  w he n  us in g  the  ne ural   netw ork  as so ci at ed  with  t he  bac k - pro pa gation  al gorith m   on   the  data set   of   us e d  te st.  Fro m   the  resu lt s,  the  auth ors  pr ov e d  the  a bili ty   of   the  pr opose d  cl assifi er  i n  cat eg or iz in g  the  fish  into  it s  c orrect   cl ass,  in  cat e gorizi ng  the  cl assed  fis h  into   po iso n  or  no n - poiso n  fish,  and   in  cat eg ori zi ng     the pois on and  non - poiso n fis h  int o  it s c orre ct  f am i ly .   In   Alsm adi  et  al .  [ 18 ] ,  the   extracte d  fea tures  f r om   co lor  te xture  m easur em ents  was  us e d  i n  com bin at ion .   I n  par ti cula r,   t he   aut hors  em plo ye d  gray   le ve l  co - occ urren c e  m at rix  (G LC M)  f or  the   pro du ct i on   of   a  prot otype   fo r  cl assify in g  fish.  I n  te sti ng   the  pr oto t ype,  the  auth ors  us e d  20  dif fer e nt  fish  fa m ilies  con ta ini ng  di fferent  num ber   of   fish  ty pes  e ach.  Alto gethe r,   the re  wer e   610  dif fere nt  fish  im ages  wer e   use d.   These  im ages  wer e  cl assed  i nto   tw o  datas et s.  On e  datas et   con ta ins  50 0  trai ning  i m a ges  w hile  the  oth e r  con ta in s  110  t est ing   im ages.  Neural  netw ork  c onnected  t o  the  bac k - pro pag at io n  al gori thm   was  us ed  in  this  work,  a nd  the   auth ors  ac hie ved  84%   accu racy  on  t he  te st  dataset .  With  the   a pp li cat ion  of  t he  pro po s e d  cl assifi er,  the  a uthors  wer e  a bl e  to  cat ego riz e  the  fish  into  i ts  cl us te r,   cat egorize  the  cl ust ered   fis h  into  po is on   or no n - po is on  on e s,  a nd fu rth er categ or iz e  the  po is on a nd  non - poiso n fis h  int o  it s m at c hing  fam i ly .   In   Alsm adi  et  al .  [17]   a  fish  cl assifi cat ion   prototype  was  prese nted .  This  prot otype  com bin es   featur e s e xtracted fr om  co lor  s ign at ure m easur em ents. H ere , hist ogram  o f  c olor, R GB co l or s pace,  i n  ad di ti on  to  GLCM  wa s  us e d.   Acc ordi ngly ,  the   aut hor s  us e d  a   cr op   out  of   c olor  sig natu re  f or   dif fe rin g  fam ilies  of   fish.   Th e  po is on  an d  non - poiso n   fi sh   we re  al l  use d  f or  the  e xtr act ed  col or   si gnat ure  feat ur es .  The   aut hors  use d  20   diff e re nt  fam ilies  of  fis h  i n  t est ing   t he  pro po s ed   syst em .  In  each   fam il y,   the re  wer e   di ff e ren t  ty pe s  of  fis h.   Ov e rall ,  there  wer e  610  dif fe ren t  im ages  of   fish  in  the  sa m ple   u sed  an d  these  i m ages  wer e  div ide d  into  tw o  dataset s:  400  trai ning  im ages  in  one  dataset   an d  21 0  te sti ng  im ages  in  the  oth er   datas et .  The  a utho r s  us e d  neural  ne tw ork  ass ociat ed  with  the   bac k - pro pa gation  a lgorit hm   and   i t  yi el ded   84%   overall   acc uracy   on    the  e m plo ye d  te st  dataset .  Th is  stud y  pro ve s  that  the  cl assifi er  it   pr opose d  al lows   fis h  to  be  cl assed  in to  it s   corres pondin g  cl us te r.   F ur t he rm or e,  the  cl ust ered   fis h  co uld   f urt her   be   cl assed  into  po is on  or  non - pois on   on e s,  a nd int o  i ts ap propriat e f a m ily.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 9  :   5192   -   5204   5194   Ba daw i  an d  A ls m adi  [37 ]   de m on strat ed  a  ge ner ic   fis h  cl assifi cat ion   syst e m .  This  syst em   e m plo ys    a  hybri d  m et aheurist ic   al gor it h m ,  wh ic h  i s  ge netic   al go rithm   with  it erated  l ocal  se arch,  in  a ddit ion  to     back - prop a gati on   al gorithm   (G A ILS - BPC ) .   Cl assifi cat ion  was  e xecu te d  base d  on  a  c om bin at ion   be tween  sign ific a nt  ext racted  feat ur e s  with  the  use   of   anc hor  points  an d  te xt ur e  a nd   sta ti sti cal   m easur e m ents;   this  al lows   fish  i m ages  to  be  c la ssed  int o  da nger ous  a nd   no n - da ng e rous  fa m ilies,  wh il e  da ng e r ou s   fam ilies  of  fish  can  be  cl a ssed  into  P red a tory  and   P oison  fish  fam il y.  Fu rt her m or e,  f a m ilies  of   non - dange rous  fis h  can  be   cl assed  int o  ga rd e n  a nd  foo d  fish  fam ily.  This  stu dy  use d  24  fis h  f a m ilies  in  te s ti ng   th e  proto ty pe,   and   the  fam i li e s  of   fis h  em pl oyed  in  this  w or k  co ntain  di f fer e nt  nu m ber   of   s pecies  of   fish  each .  The re   wer e   two  phases ,  na m el y  trai nin g  ph a se  an d  te stin g  ph as e.  Trai ning  phase  em plo ye d  220  fis h  i m ages  wh il e   te sti ng   ph a se  em plo yed   100  fish  i m ages.  He nce,   ov e rall ,  this  stud y  us e d  32 0  dif fer e nt  fis h  i m a ges.   The   ov e rall   accuracy  of r ec ogniti on r at e  obta ined  b y t he a uthors w he n u sing t he pr oto t ype w it h G A IL S - BPC   was 8 0.5%.     In  Alsm adi  et   al .  [ 9] ,  a  pro toty pe  that  use s  Hy br id   Me m et ic   Algo rith m   (G eneti c  Al gorithm   and  Gr eat   Del ug e   Local  Searc h)   a nd   Ba c k - Pr opa gatio n  Cl assifi er  (HGAG D - BPC )  and   Ba c k - Pro pag at i on   Cl assifi er  (BP C)  f or  cl assify ing   fish  wa s  dem on strat ed .  Her e ,  the   aut hors   pe rfo rm ed  the  cl assifi cat ion  ta sk  fo ll owin g  the  com bin at ion   be tween  the  e xtracted  feat ur es   ob ta ine d  f ro m   Po te ntial   Loc al   Geo m et ric  F eat ur es   (P L GF )   an d  Sh a pe  Feat ur e s.  I n  t his  w ork ,  H G AGD - BPC   achieve d  bette r  resu lt s   at   96%.  Som ehow ,   com par ed  to  B PC,  H GAGD - BPC   had   high  com pu ta ti on al   tim e,  bu t  BPC   sh owe d  lowe r   per ce ntage  at   86%.   These  cl assifi e rs  al low  fis h  to  be  gro uped  i nto   it s  cor re sp onding  cl us te r .   Then ,  the  cl ust ered   fis h  co ul d  be  furthe r  cl asse d i nto   po is on  or   non - poiso n fis h,  a nd int o  it s ri gh tf ul f am il y.   Saye d   et   al .  [38]   dem on strat ed  an  aut om at e d  fish   s pecies  identific at io n  syst e m   fo ll ow i ng  a  m od ifie d  crow  searc h  optim iz at ion   al go rithm   in  their  work.  Me dia n  filt ering   was  us e d  to  ge ne ra te   s m oo th  im a ge  an d  el i m inate   the  no ise .  T his  re du ce s  the  div e rsity   of   i ntensi ti es  between  the  neig hbors.  A  k - m ean  cl us te ring  al gorithm   was  then  use d  to  s egm ent  the  fish  i m age  into  m ul ti ple  seg m ents,  w hich  broug ht  forth  the   feature   extracti on  pro cess  base d  on   sh a pe  a nd  te xture  f or  the  t ask  of  cl assifi cat ion .  The   da ta   dim ension al it y  of    the ex tract ed f eat ur es w a s d e creased  i n  this work, and for  t he  pur pose, a new  m od ifie d  bi nar y ve rsion of  crow  search  alg or it hm  w as app li ed. The classi ficat ion  tas k  in volv ed  the  u se  of s upport  vecto r m achine and  de ci sio n  trees  an d  th e  sp eci es  of  fish  wer e   cl assed  f ollo wing  ei ther   their  cl ass  ( e.g . ,  Acti nopt erygii     and   C hondric ht hyes)  or  their   order.  The  a ut hors  w orke d  on   270  im ages  in  dif fer e nt  sp eci es,  cl asse s  and  orders  on  t he   pro posed   sys tem   and   report ed  the  superi or it y  of  the   pro posed   syst em   co m par ed  t o  oth e r   adv a nce d  al gor it h m s.  The  aut hor s  al so   report ed  that  the  ov erall   fish  sp eci es  syst e m   of   identific at ion   yi el ds   10   fo l ds   on  a ver a ge,   96%  accu r acy   of   cl assifi cat ion   f or  cl as sific at ion   base d  cl ass  a nd   74 %  for  cl assifi c at ion   base d on fis h o rd e r.       3.   RESEA R CH  MARER IALS  AND MET H ODS   3.1.   Dataset    A  total   of   40 0  fis h  im ages  wer e   us e d  i n  this  stu dy.  T he  im ages  we re  f ro m   Globa l  Inform at ion   Syst e m   (G IS)  on   Fishes  (f is h - base ),   a nd   t he y  wer e  obta ine d  in  Se ptem ber ,  20 13.  T he  im ages  inclu de d  real - world  im ages  of   fish  ca pture d  in  "c ontrolle d",   " ou t - of - t he - wat er"  a nd  "i n - sit u"  set ti ng s .  For  the  "c ontrolle d"   i m ages,  they   e nco m pass  fis h  sp eci m ens  in  posit ion   w her e  t heir  fins  a re  s pread  a nd  the  i m ages  we re  ca ptured   in  c on sist e nt  ba ckgr ound  with  il lum inati on   that  is  c ontr ol le d.   T he  datas et   em plo ye d  in  t his  w ork   co n ta in s   three cate gorie s; eac h of t hem  contai ns   dif fere nt num ber   of   fish fam ilies as f ollow i ng :   a.   Dange rous  Fi sh   Fam i li es:   Ca rch a rh i nu s  Leucas,  Ca rc ha rod on   Ca rc ha ria,  Atracto ste us   Sp at ula  and  Hydrocy nu s   G oliat h.   b.   Po iso n Fi sh Fa m ilies:  Red Sn app e r, Tri gg e r, Porc up i ne  a nd Thorn.   c.   Garde n  an d  Food   Fam il ie s:   Acestrorh y nch i da e,  Acro po m aat idae,  Albuli da e,  Anom al op id ae,  Ca esi on ida e,  Dr e pa nid ae,  I sti ophoridae,  Lei ognathi dae,   Me galop i dae,   Plat yc eph al id ae,  Pr ia cant hid ae,  Sc om br id ae,   Sigan i dae, Si ll aginidae , S t rom at ei dae an d   Triaca nt hid ae.     3.2.   Te xt ure   fe atu res calcul at in g  usin g  GLC M   The  com pu ta ti on   of   te xture  f eat ur es  acco r din g  to  G LCM   involve s  seve n  ste ps .  Im age  acqu isi ti on  is  the  fir st  an d  m os t  im po rtant  s te p.   T he  sec on d  ste p  in volves   the  tra nsfo rm a ti on   of  di gital   fish  im age  into  gr ay   scal e  i m age  w her e by  dig it al   fish  im ages  ar e  the  on es   co m m on ly   dealt   with  in   this  re search .  No ta bly,  fis h  diff e rs  in  te rm s  of   s ha pe,   an d  there f or e,  a  crop  facti on  is   e m plo ye d  in  order   t o  m anu al ly   deter m ine  the  fish  sh a pe  so   t hat  error   c ould  be   era dicat ed .  T hen   i n  the  t hir d  ste p,  a  cr op  ou t  of   t he  pa tt ern   of  interest ,   in  this  case, it  is the sh ape  of the  fish  s hap e , is separat ed  f r om  the  b ack gro und.  Using this a ppr oach, h i gh qual it y fish   recog niti on  ca n be att ai ne d.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Ro bu st f e atu re   ext ra ct ion met hods  f or   ge ner al fi sh  cl as sif ic ation  ( Muta se m  Als madi )   5195   In   the  f ourth  s te p,   the  ca ptur ed   cr op   is  filt rated  from   fish  pix el s.  F or  th e  purpose ,  a  5× 5  Ga us sia n  Fil te r  is  us e d.   The  filt rated  c rop  im age  is  ne xt  sp li t  into   bl ock s  with  t he   siz e  of  4× 4;  t his  is  the  fifth   ste p.    This  is  f ollowe d  by  c om pu ta ti on   of  im age  qu al it y  feature s  for  each  bl ock   i n  acco r da nce  with  t he  GLCM    (this  is  t he  sixt h  ste p) .   Last ly ,  in  the   se ven t h  ste p,   t he  at ta in ed  featur e s  are   store d.   I n  br ie f ,  the  c om pu ta ti on  of            fish’s text ur e  fe at ur es  by  GL CM  is as outl in ed belo w:   Step  1:   di gital  f ish im age acquirem ent.   Step  2:   co nver sion o f  im age to   gr ay  scale  im age.   Step  3:  m anu a l  determ inati o n  of  fis h  sh a pe   us in g  a  cr op  facti on   to  e ra dicat e  error s ,  wh il e  the  cr op   ou t  of    the p at te r n o f  i nterest  (f is h  s ha pe) is s ub tract ed fr om  the b a ckgr ound.   Step  4: f il trat io n of capt ur e d  c ro p o ut of  fish pixels  with a  5×5  Gau s sia n Fi lt er.   Step  5: d i visio n of t he fil trat ed  c rop  im age in to  4× 4 bloc ks.   Step  6:  Ca lc ul at ion   of  im age  qu al it y  featu re s  for  al l  blo c ks  us in g  GLCM.   Com pu ta ti on   on   24  disc rete  i m age   qu al it y feat ur e s f or  th e “fil trat ed  cro p”  f ollo wing the four d irect io ns  (hor iz on ta ll y (9 0 0 ), ver ti cal ly  ( 0 0 ),  and   t wo  dia gonally   ( 45 0   a nd   135 0 )),  s pe ci fical ly ,  Averag e  or  m ea n  val ue,   Stan dard  Dev ia ti on,   Con tra st,  Dissim il arity, H om og e neity , and   Energy.   Step  7: sto rag e  of the  att ai ned featu res  i n  the  d at aba se.     3.3.   Shape  fe ature s ca lc ul at in g  u sing anch or  p oint s  loc at i on   detecti on   In   m easur in g  fish  s hap e ,  se veral   anchor  point s  nee d  to  be  i de ntifie d,   a s  s hown   i n  Fi gure  1 .  Detect io n   of   a nc hor  points  ha s  in dee d  bee n  the   inte rest  of  m any  since  past  se ve ral  ye ars  par t ic ularly   am on g  th os e   work i ng in  patte rn  r e co gnit ion. Po ints ’  detect ion  is u se d  to fi nd  a sig nifica nt set o f  points  w hich wil l faci li ta te    the  at ta inm ent  of  anc hor  m easur em e nts  f or  patte rn s   of  i nterest,  in   this  ca s e,  fis h  obj ect .   I n  this   stu dy,  a ncho r  po i nt  detect ion  is  us ed  for  th e  determ inati o n  of   23   la be le d  points  w hich   will   facil i ta te   the  determ inatio n  of     the  locat ion   of  each  featu re  in   fish  i m age  reco gnit ion.  This  is  fo ll ow e d  by  the  com pu ta ti on   of   the  ge om et rical  featur e s  with  t he  us e  of  the  de te rm ined  a nc hor  po i nts;  this   is  f or   cl assi fyi ng  the  fish.  W hen  the  e ntire  ancho r  po i nts  over  th e  fish  obj ect   hav e  been   det ect ed,   distanc e  and   an gle  m easur em ents  are  us ed  to  extract     the sig nifica nt  featur e s.           Figure  1 .   The  locati ons  of  t he a ncho r po i nt m easur em ents       Sh a pe  m easur e m ents  inv ol ve   the  com pu ta ti on   of  the  ed ge  an d  distanc e  m easur em ents  of   the  fish  obj ect   as  well   as  the  determ inati on   of   th e  sign ific a nt  ide ntica l  and   differin g  pa rts  f or  each  fam il y  of   fish.   Fu rt her m or e,  cl assifi cat ion   of   gr eat er  acc ur acy   w ould   r esult  if  the  procedu re  of  cl assifi cat ion   e m plo ys    the  m easur em e nts  of   vect or ' s  ang le s   em plo yi ng   t hr ee   point s  f or  each   an gl e  of  the   cau dal   fin   an gle  a nd  fish  head   a ngle   [36 ] .  I n  ad diti on,  ap plica ti on   of  distance  m easur em ents  al lows   t he  deter m inati on   as  w e ll   as  extracti on  of s ever al   featu res i nclud i ng the  ra diu s  of  fish  ey e an d  le ngth   of p ect oral  f i n.     3.4.   Dist an ce  and  angle me as uri ng   tools    Dista nce  an d  ang le   m easur em ents  are  us ed  to  com pu te   sh ape  feat ur e s.  In   detai l,  the  distan c e   m easur em ents  com pr ise   the  di sta nce  bet wee n  21  anc hor  points  nam el y:  P1 ,   P 2,   P 3,  P 4,  P 5,   P6,  P 7,   P 8,   P9,   P10,  P 11,  P12,   P1 3,  P14,  P 15,  P 18,  P19,  P 20,  P21,  P 22,  and   P 23.   Ta ble  1 .   Twe nty  two  e xtracted  f eat ur es   from   the  deter m ined  anc hor  po i nts.   Fi gure  1   pr ov i des  the   detai ls.  Me an w hile ,  the  a ng le   betwee n  th ree  ancho r  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 9  :   5192   -   5204   5196   po i nts  over  t he   fish  ob j ect   m a kes  up  the  a ngle   m easur em ent s  su c h  as:   ey e - end   m ou th  a ng le ,  Ca ud al   fi n  ang le   and   fish  hea d  ang le .  Fig ur e  1   pro vi des  the  detai ls.  The  a nc hor  po i nts  an d  the  featur e  s el ect ed  are  co m pu te d  util iz in g  dista nc e  an d  an gle  m easur em ents.  These  a nc hor   po i nts  a nd   fe at ur e  a re  prese nted  i n  Ta ble  1  a nd  Table  2,  a nd th ei r  detai ls are  provid e d  i n  the   ens uing s ubsec ti on .       Table  1.   T we nt y t wo   featu res c al culat ed usin g  the  d et e rm in ed  distance m easur em ent   Distan ce.   #   An ch o r  Po in ts Featu res   Distan ce.  #   An ch o r  Po in ts Featu res   D1   (P1 an d  P2)   D1 2   (P13  and  P14 )   D2   (P11  and  P19 )   D1 3   (P2 an d  P15 )   D3   (P1 an d  P3)   D1 4   (P19  and  P10 )   D4   (P3 an d  P5)   D1 5   (P20  and  P21 )   D5   (P5 an d  P6)   D1 6   (P22  and  P23 )   D6   (P7 an d  P8)   D1 7   (P5  an d  P3)   D7   (P11  and  P12 )   D1 8   (P13  and  P2)   D8   (P12  and  P22 )   D1 9   (P4 an d  P3)   D9   (P18  and  P13 )   D2 0   (P4 an d  P11 )   D1 0   (P2 an d  P5)   D2 1   (P5 an d  P4)   D1 1   (P5 an d  P20 )   D2 2   (P19  and  P4)       Dista nce  m easur em ents  are   integ ral  in   patte rn  rec ogniti on  par ti cula rly   in  the  ta sk  of   r obus t  fe at ur e s   extracti on  to  i m pr ov e  the  ac cur acy   of   cl ass ific at ion .  I n  al gebraic  ge om e try ,  the  com puta ti on   of  the  distance   ‘D’  betwee n  th e points C=   (a 1,   b1)  and E  =  (a 2,  b2)  is e xpr essed  i n form ula 1 .      =   √ ( ∆ ) 2 +   ( ∆ ) 2   =   √ ( 2 − 1 ) 2 +   ( 2 − 1 ) 2             (1)     As  s how n  in   Fi gure  1 ,  t her e   ar e  23  a nchor  po ints,  an d  t hese  po i nts  de note   t he  le ngth   bet w een  a ncho r  po i nts  as  Table   1  is  showi ng.  Hen ce ,  with  th e  app li cat ion   of  the  distan ce  m easur em ent  fo rm ula,  a  tot al   of   15   featur e s  we re  a tt ai ned .   T he  an gle  betwee n  t w o  vect or s ,  s us pe nd e d  by  one  po i nt,  is  du bb e d  the  s hortest   ang le   at   wh ic h  one  of  the  vecto rs  ha s  to  be  ro ta te d  to  the  posit ion   that  is  co - di recti on al   with   ano the r  vect or   [39] .  The fo rm ula bel ow  c om pu te s  the a ng le   θ  between t w o vectors:     cos = | ̅ . ̅ | | ̅ | . | ̅ |     (2)     The  res ultant  ei gh t  featu res   that  com pu te d  with  the  a ngle   m easur em ents  acco rd i ng  the  anchor   points   highli gh te d  i n Fi gure  1   a re sh own  i n  Ta ble  2.       Table  2 .   Sixtee n feat ur e s that  wer e  calc ulate d usin g  t he dete rm ined  anc hor po i nts   An g le.  #   An ch o r  Po in ts Featu res   An g le.  #   An ch o r  Po in ts Featu res   A1   (P15 ,  P9  and  P16 )   A9   (P16 ,  P4  and  P17 )   A2   (P9, P4 an d  P10 )   A1 0   (P9, P15  and  P10 )   A3   (P9, P17  and  P16 )   A1 1   (P1,  P1 6  and  P17 )   A4   (P21 ,  P1 6  and  P17 )   A1 2   (P20 ,  P1 6  and  P17 )   A5   (P16 ,  P1 5  and  P17 )   A1 3   (P23 ,  P1 3  and  P1)   A6   (P20 ,  P4  and   P2 1 )   A1 4   (P23 ,  P1 3  and  P11 5 )   A7   (P5, P3 an d  P16 )   A1 5   (P9, P16  and  P10 )   A8   (P5, P3 an d  P17 )   A1 6   (P15 ,  P1 0  and  P17 )       3.5.   St ati stic al  me as ureme nt s   Stat ist ic al   m ea su rem ents  were  carrie d  out  util iz ing   the  f eat ur es  e xtract ed  f ro m   i m ages  of   fish  belo ng i ng  to   24  fish  fam il ie s.   This   is  will   de te rm ine  an d  as certai n  th e  sig nificant  featu re s  w hich   will   as sist   i n  the  at ta inm ent   of   rec ogniti on  of  acc ur acy   wh il e   al so   rec ognizin g  the  fi sh   im ages  into   ei ther  da nger ou s   or    non - da nger ous   fa m ily.  Acco r dingly ,  the  ou t com es  of   cor re la ti on   gro unde d  upon  the  fea tures  extr act ed   with  the  ap plica ti on  of  m easur em e nts  of  a nc hor  po i nts  ca n  be   viewe d  in   F ig ur e  2 .   T he  sta ti sti cal   ou tc ome s  from   the  extracte d  featu res  de m on strat e  the  div e rse  c orr el at ion   val ue   betwee n   ce r ta in  extracte d  featu res   par ti cula rly   he ad,  ey e  an d  ca ud al   an gles  of  the  fis h.  T hese   featu res   can   in   fact  be  deem ed  as   good  featu res  for  i m pr ovin g  the   accuracy  of  c la ssific at ion ,  wh ic h,   a re  of   value  i n  the  c on te xt  of  this  work.  As  a n  e xam ple,     the  da nger ous   fish  fam il ie s  sh ow   ne gative   co rr el at io n  va lue  be twee n  t he  hea d  a nd  e ye   ang le s .  Des cribe d  diff e re ntly ,  for  fish  belo nging   t o  these  f a m ilies;   the  head   an gle  inc reases   as  the  ey e  ang le   dec reases .   Fu rt her m or e,   the  value  of  c orrelat ion   bet ween  the  ca udal   an d  ey e  a ng le   f or   fish  in  the se  fam il i es  al s o    app ea rs ne gative.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Ro bu st f e atu re   ext ra ct ion met hods  f or   ge ner al fi sh  cl as sif ic ation  ( Muta se m  Als madi )   5197   On   t he  oth e r  hand,  fis h  bel onging  t o  cert ai n  no n - dange rous  fish  fam i li es  app ea r  to   ha ve  posit ive   correla t ion   value  bet ween   t he   head   a nd   ey e  ang le .  T his  m eans  that  for   fish  bel onging  to  these  fa m ilies;    the h ead a ng le   increases as th e ey e ang le  incr eases. Ad diti onal ly , th e v al ue s o f  co rr el at io n  betwee n  the  caud al   and   ey e  an gles  al so   app ea r  to  be  posit ive.  As  c an  be  c onstrue d  from   th e  find i ng s ,  the   resu lt ant  valu es  of   correla ti on  of   the  e xtracte d  feature s  diff e r  based  on  fam ily.  The   co rr el at io n  values   will   increas e     the d ist incti on  betwee n  the se  fam i li es o f  fis h ( po is on, non - poiso n, wild  and  food  fish fam i li es).           Figure  2 .   Co rr e la ti on   res ults  ba sed o n  the  f ea tures  t hat w e re  extracte d u si ng  an c hor p oin ts  m easur em ents       4.   CLASSIFIE R  ARCHIT EC TURE    4.1.   Genetic  algori th m   A  ge netic   al gorithm   (G A)   e nc om passes  a  he ur ist ic   ap proa ch  an d  it   is  groun ded   upon  popula ti on   wh ic h  si m ulate s  the  natur al   se le ct ion   proce dure .  GA   create s  valuab le   no ve l  so luti on s  to  chall eng i ng  prob lem  us in g  sam ple  so luti ons  in   a  popula ti on.  T he re  are  t hr ee   ke y  ph ase s  in  G A  w he reb y  t he   first  ph ase   co ncerns   the  sel ect ion   t echn i qu e   to  se le ct   two  so l ution s   f ro m   the  popula ti on   a nd   then  rec om bi ne  them .  Re le van tl y,   sever al   te c hn i qu e s  of  sel ect ion   wer e  pro po s ed  i n  Mi chalewic z  [ 16]   inclu ding  T our nam ent  Sele ct ion ,   Tr uncat io n  Se le ct ion   an d  Rou le tt e  Wh eel   Sele ct ion .  T he   second  ph a s e  include s  the   us e  of  a  cr osso ver  op e rato r  to  ca rr y  out  the  m at ing   proce ss.  Cros s over  is  the  ge netic   wa y  to  discov e r  novel  so l utions,  i.e.,  so luti ons  with  bette r  value  of   fitness,  within  the  s earch  s pac e.  The  thir d  ph ase  involves  th e  us e  of   a  Mut at ion   op e rato r  f or   di scov e rin g  the   neig hbor   s ol utions.  Muta ti on   operato r  is   a  local   searc h.   Durin g  this   ph ase ,    the  popula ti on  is  updated .  F urt her m or e,  the  gen e rati on  of  s olu ti ons  with  be tt er  value  of  f it ness  will   i m pr ov e   the quali ty  o f  s earch  sp ace  [1 2].     4.1.1.   Initiali z at ion   The  pro du ct io n  of   weig hts  f or   fee d - forwar d  arti fici al   ne ural   net work  is  us ua ll y  a  rand om   pr ocess .   Nonetheless ,  the  re pr ese ntati on   of   c hrom os om e  gr eat ly   con t rib utes  to   the  su ccess  of   gen e ti c  al gorithm .     In   this  rese arc h,   a  sim ple  pr esentat ion   for  chrom os om e  g rou nd e d  up on   bin a ry  represe ntati on   is  ap plied  f or   each  so l ution.  Her e ,  the  chro m os o m e  den ot es  sever al   wei gh ts  ( real  valu es)  that  are  rando m ly   ob ta ined  from   the  m at rices  weigh t.  These   w ei ghts  are   in   fr act io n  num ber s   f or m ,  the se  fr act i on   nu m ber s  are  sig ni fied  in    the g e nes  w it hi n  the  chr om os om e in b ina ry  strings.      4.1.2.   Roulette   w hee l sel ection   Rou le tt e  W he el   Sele ct ion   is   the  m os t  com m on ly   us ed  m et ho d.   Ro ul et te   W heel  S el ect ion   was     the  creati o n  of  Ba ker   ( 1987)  an d  it   is  known  as  the   si m plest  sche m a  of   sel ection .  As  ex pla ined  in     Leu ng   et   al .  ( 2003 ),   in  t he  ap plica ti on   Ro ul et te   Wh eel   Sel ect ion ,  tw o  c hrom os om es  fr om   the  popu la ti on   a re  chosen  t o  go  thr ough  ge neti c  operati ons  f or   re producti on  us in g   the  spi nn in g  t he  r ou le tt e  wh eel   m et hod.   Pare nts  with  hi gh   po te ntial   argua bly  will   gen erate  bette r  offsprin g,   w hich  ha ve  bette r   chance   of  s urvival .     The  c hrom os om e w it h  hi gher  v al ue  of  fitnes s is li kely  to ha ve greater  op port un it y i n bei ng chose n  as  parent .    Durin g  the  sel ect ion   pr ocess,  stochastic   sel ect ion   is  m ade  from   on e  ge ne rati on,  an d  th e  sel ect ion   beco m es  the  fo un dation  for  the  ens uing  ge ner at io n.   T he  ru le   of  thu m b  is  that  the  fitt e st  on es  ha ve  great e r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 9  :   5192   -   5204   5198   su r viv al   oppor tun it y  as  oppo sed  to  t he  wea ker   on es,  j ust   li ke  the  real  li f e  sit uation  in  na ture.   T he  fitt er  ones   will   then  form   the  m at ing   pool   fo r  the  f ollo w ing   ge ne rati on.   Howev e r,   the  weak e r  ones  st il l  hav e  a  chance   a s   they  m a y ca rr y  v al ua ble  ge netic  co di ng for t he  n e xt g e n e rati on s .     4.1.3.   Cro s sover   Cros s over is the  cor e of g en et ic  algo rithm , a nd  it  d en otes a m at ing  p r ocess . Th e proces s of cr osso ve r   aim s  at  discoverin g  new   s olut ion s  withi n  the  search  sp ace .   In   a  custom ary  cro ssove r  op erator,  the  pair ing   of   ind ivi du al s   of  the  popula ti on  is  done  i n  a   r andom   m ann er .  T wo  m at ing   chrom os om es  are  c ut  on e   ti m e  at     the  res pecti ve  po i nts  an d  t he  sect ion s f ollo w ing   t he  cuts  a re   exc hange d.   T he  po i nt  of  cr osso ver  u s ually   can b e   rand om l y  sel e ct ed.   Des cribe d  in  m or e  det ai l,  the  reco m bin at io n  of  in div id uals  gen e rates  ne w  in div id uals     by  ha ving  t he   inf or m at ion   from   two  or  m or e  par e nts  com bin ed.   Th is  is  ge ner al l y  execu te d  t hro ugh    the  m erg ing   of  par e nts’  var ia ble  value s.  Si ngle   point  cr os s ov e r  is  re garde d  as  the  sim plest  cro ss over  m et hod.  As  desc ribe d  in  A ns ari  a nd   Hou  ( 1999) ,  the  outc om e  of   this  m et ho d  is  on e  or   tw o  child  strin g  th rou gh     the  ra ndom   sel ect ion   of  c ro s so v er  l ocati on  within  patte r n  stri ng   le ng t h.   In  the  e xec ution  of  sin gl e  point   cro ss over ,  a  po int  is  ran dom ly  sel ect ed.   The n,  the  parents ’  chrom os om es  will   be  sever ed  f ro m   that  po int,   and   exch a nge  will  b e m ade to  t he resulta nt  sub - c hrom os om es.      4.1.4.   Muta tion   In   ge netic   al gorithm ,  m utatio n  f un ct io ns   as  a  local   sea rch   f or   t he  di sco ver y  of   t he   neig hbor   so luti ons.   Mut at ion   c om pr ise s  a  ge netic   op e rator  f or  s us ta inin g  the   di ver s it y  of   gen es   f r om   on e  gen e ra ti on   of   a  popula ti on  of  ch r om os om e s  to  the   f or t hc om ing   one.  F ollow i ng  the  process  of  cr osso ver ,   the  res ultant  ind ivi du al s  or  weig hts  will   go  th rou gh  the  process  of  m ut at ion .  M utati on  usual ly   re places  the  gen es   that  ar e   lost  durin g  the   evo luti on a ry  process  in  a  di ff e ren t  f or m   or   ge ner at es  ne w  ge nes  that  wer e  no t  ex pl or e d  i n    the  or igi nal  popula ti on.  With  m utati on ,  t he   al gorithm   co uld  preve nt  from   being  tra pped   in   local   m ini m a.     This  is  becau se   the  po pula ti on   of   chrom os ome s  will   be  pr ev ented  f ro m   beco m ing   too   iden ti cal   to  on e  an oth e r   wh ic h  woul d  c ause  a   slo w  do wn  or  a   halt  to   the  e voluti on.   Acc ordin gly,  a  va riable  is   c ho s en   with   s pe ci fied  pro bab il it y,  wh il e  it s  value  is  al te red   us i ng  a  ran dom   value.   A  non - unif or m   m utatio n  m et ho d  is  ap pl ie d  in    this  resea rch.   This  m et ho d  trans form s  on e  of   t he  ge nes  belo ng i ng  to  the  par e n t  in  acco rd a nc e  wit h    the no n - unifo r m  p ro ba bili ty  d ist rib ution.     4.1.5.   Fitness  fu n cti on   The  fitn ess  f un ct ion   pr ov i des  assessm ent  on   the  pe rfor m ance  of   eac h  in di vidual,  an d  it   is  base d  on   pro blem .  Her e,  the  perform a nce  of  eac h  i nd i vidual  is  com pu te d  us in g  the  pe r centa ge   Var ia nce  Ac count   Functi on   (VA F)   bet wee n  tw o  sig nals.  As  highli gh te d  in   Sh et a  ( 2006) ,   the  com pu ta ti on   of   V AF   f ol lows     the form ula b el ow :     V = 1 −   v a riance ( y − y _ e st ) v a rian c e ( y ) ∗ 100%     (3)     Ba sed  on  the   expressio n  a bove:  y  de note s  the  real  ou t pu t;   y_est   denotes  the   proj e ct ed  outpu t  of     a  m od el ,  and   VAF  is  qu a ntif ie d  for  the  two  sign al s  to  ge ne rate  the  ou t put  V.   Fo r  the  tw o  sign al s ,  the  VAF  is  equ i valent  t o  100% ,  a nd  s houl d  they   hav e   di ff e ren t   value ,  t he  VAF  will   be   le ss.  Wh e n  y  and  y_est   ha ve   m or e   than  on e  c ol um n,   the  com pu ta ti on   of   V A F  is  m ade  fo r   each  col um n  in  y  and   y _est .  I n  ge ner al ,  VAF  is   app li ed   in  t he   ver i ficat ion   of  the  m od el ’ s   accu rateness   thr ough  the   c om par ison  of  the  real  outp ut   wi th     the m od el ’s proj ect e d ou t put.     4.1.6.   St oppi n g  cri te ri on   In   G As,   a  stoppin g  crit eri on   is  ge ner al l y  sign ifie d  by   the  m axi m u m   nu m ber   of   gen erati on s .   Nonetheless ,  wh e n  i deal  val ue  of   fitness   (i .e.  op ti m al   weigh t)   can   be   a chieve d,   a   sto pp i ng  crit eri on  is  al so  con sidere d  to  hav e  bee n  achi eved.  H ow e ve r ,  in  this  resear ch,   m axi m u m   nu m ber   of  ge ne rati on s  is  use d  with  no consi der at io n on w hethe r  t he  ideal   fitness  v al ue  is att ai ne d or n ot.      4.2.   Simul at e d  anneali ng al go ri th m   Si m ulati ng   A nneal ing  ( SA)  i ntr oduce d  by  Kir kp at ric k  [40]   has   great er   r obus tne ss  as   oppose d  t o  si m ple  local   search  owin g  to  the  fact  that   it   al so   acce pt s  w or se  s olu ti on s   with  s om e   pro bab il it y  [41 ,  42] .    SA   has  been   popula rly   em pl oyed  in  the  so l ution   of   ha r d   com bin at or y  prob le m s.  Ap art  from   that,  the  us e  of  SA   at te m pts  to  pr e ve nt  e ntrapm ent  in  local   optim u m   so luti on  th r ough  the  a ll ot m ent  of   pro bab il it ie s  to  m ov e s   t hat  app ea r  to  be  deteri or at in g.   I n  this  reg a rd,  SA   co uld   acce pt  so luti ons,  w hich ,  as  oppose d  to  pa st  on es ,   are  neither  bet te r  nor  m uch   worse,  wh ic h  al lows   escape  from   local   op tim u m   and   discov e ry  of   the  global     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Ro bu st f e atu re   ext ra ct ion met hods  f or   ge ner al fi sh  cl as sif ic ation  ( Muta se m  Als madi )   5199   on e  [43 ,  44] .  The  a uthors  i n  [41]   pro vid e d  a  gen e ric  SA   al gorithm   fo r  pro blem   of   m a xim iz at ion .  SA  beg i ns   with  best  wei gh t  s olu ti on  ( s)  picke d  ou t   fr om   the  pool  of   popula ti on   within  the   gen et ic   al gor it h m .    The  beg i nn i ng  tem per at ur e  is   at   1000   w hen   the  searc h  be gi ns   a nd   t he  fin a l  tem per at ur e  i s  at   0  with  it er at ion  nu m ber ,  #It er  i s  set   to  10000.   At  each   it erati on,  the  te m perat ur e  is  rand om ly   red uce d  th rou gh   t he  creat ion   of     a  frac ti on  num ber  bet ween  0  and  1.  Ne xt,  a   neig hbor  is  outl ined  by  the   in discrim inate   creati on   of  a  ra ndom   fr act io n  nu m be r  be twee n  0  a nd  1,   w hich  is   inclu ded  into   th e  so l ution  val ue .   A pply ing   t he   f or m ula  expr essed  in  Equ at i on   ( 3) ,  com pu ta ti on  is  m ade  on   th e  fitness  functi on   value  of  the   new   nei ghbor.   A  worse  so lut ion   is   receive d  if  t he  ind isc rim inate l y  produce d  num ber   is  lower  than   e  - δ/T,  where  δ  =   f (s’) - f(s),  T=c k  (ck  de no t e s   the  tem per at ure  of   the  pr e s ent  it erati on   nu m ber ) .  The n,   up date  is  m ade  on   the  pr ese nt  so luti on   ( s) .     This  process  e ns ue s  un ti l t he hig hest  nu m ber   of  it erati ons  is a chie ved, i.e. , 1000 i te rati ons.     4.3.   Neur al  ne two rk m od el   Neural  net wor k  wit h  BP  al go rithm   is  us ed  f or   t rainin g  a nd  cl assifi cat ion   pur po se   [ 45 ] .  The  sel ect i on   of   the  ne uro ns  nu m ber   f or   t he   input  an d  hi dd e n  la ye r  wa s  gro unde d  up on   t he  ex per i m ent  per f orm e d  in  this   stud y.   This   al lows  the   decisi on  on   the  a ppr opriat e  num ber   of  ne uro ns   f or  the  im pr ove m ent  of  acc uracy   of     the  cl assifi cat ion   [46] .  Me an wh il e,  as  M A - B  Cl assifi er  will   cl assify   24   fi sh   fam il ie s;  there  will   be  24   ne uro ns  within t he ou t put l ay er.     4.4.   Memetic  al gori th m   Hybr i dizat ion  of  tw o  or  m or e  al gorithm s  tog et her  ha s  be en  at te m pted  by  c ountless  sch olars  for     the  purpose   of  i m pr ovin g  the   perform ance  of  the   sea rch  al gorithm s  [47,  48 ] .   S uch  at te m pt  is  underpinn e d  by   the  no ti on  tha t  hybr idiza ti on   al lows   the  m erg i ng   of  the  best  featu res  f ro m   on e  al gor it h m   with  tho se  of    oth e rs   [ 49,  50] .  As  hi gh li ghte d  in  Mo scat o  in  [51] ,  m e m et ic   al go rith m   is  an  au gme ntati on   of   ge netic   al gorithm ,  excep t  that  her e,  a   local   search  is  app li ed  on  in di vid uals  f ollo w ing   ge netic   operators  for  inst ance,  si m ulati ng  ann eal ing , a nd ste epest  descen t  a lgorit hm .        Table  3 .   Ne uro ns   nu m ber   f or   each  neural  network la ye r   Clas sif iers   NO.  Neu ron s in  la y ers   Inp u t . Layer   H.  L ay e r  # 1   Ou tp u t.  Lay e r  # 3   BP   64   25   24   MA - B   64   25   24       Table  4.  Mem et ic  algo rithm   pa ram et ers  set tin g   Para m eter   Valu e   Iter atio n s n u m b er  o f  GA   1000   Rate o f  Cros so v er   0 .09   Rate o f  M u tatio n   0 .02   Initial te m p erature   1000   Fin al te m p e rature   0   SA gen eration  nu m b er   600       Accor ding  to   Tan  et   al .   in   [ 52] ,  the   us e  of  local   sea rch  al gorithm   i m pr ov es  the   ex plo it a ti on   process   no t  e xplo rati on  process.   Re le van tl y,  am ong  c ountless  sc ho la rs,   m e m et i c  al gorithm s  hav e  been  ap pli ed   to  i m pr ove  the  s ta nd a rd   ge netic   al gorithm   per f or m ance - wi se.  N onet heles s ,  am on g  a   num ber   of  re se arch e rs   the  te rm   “hybr id”  is  us ed  in ste ad  of   the  te rm   “ m e m et ic ”   wh e n  ge netic   al go rithm   is  com bin ed  with   local   search   ap proac h.   Acc ordin gly,  the  num ber   of  ne uro n s  for  e ach  neural  net work  la ye r  is  presente d  in   Ta ble  3.   Table  4  s hows   the p a ram et ers  set ti ng   of  t he o f  m e m e ti c algo rithm .       5.   E X PERI MEN TAL RES UL TS A ND DIS CUSSIO N   In   previ ou s   st ud ie s  su c h  as   [53]   pe rfor m ed  fis h  recog niti on   base d  on  te xture  feat ur es ,  the  te xture   featur e s  we re   extracte d  on ly   fr om   the  fish  ve ntral  par t,  This  li m i te d  area  ( ven t ral  pa rt)  reduces   the  ef fecti ve ne ss  of  t he  e xtr act ion   of  te xt ur e   feat ur es   in   the  cl assi ficat ion  sta ge,  bec aus e  t he  value s  an d  relat ion s hip s   be tween  t he  neighb or i ng  pi xels  of  the   fis h  ve ntral  par t  te xt ur e  a re  c onve rg e d  t o  eac h  ot her,   wh e re  this  m a kes  it   diff ic ult  for  the  cl assifi er  to  accu ratel y  reco gniz e  th e  processe d  fis h  im age  [1 8,   26,  54] .   The  ta il   of   fis h  is  al so   ta ke n  into  acco unt  in  this  co ntext.   So m e  fishes  hav e  for ked   ta il   wh il e  oth er s   hav e   rou nd e d  ta il .  The  ta il   sh ape  na ture  is  co ns i de red   i n  this  stud y.  Acc ordin g  to  [ 55] ,  so m e  fishes  hav e  double   e m arg inate d  s hap e  ta il ,  wh il e  so m e  hav e  l un at e  s hap e  or  fork ed  s hap e   ta il .  The  sp aces  that  are  pr esen t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 9  :   5192   -   5204   5200   betwee n  the  s hap e  c ha racter s  of   fish  ob j ec t  are  ve ry  m uc h  af fected  by  the  ext racted  te xture  feat ur e  va lues   accor ding  to  te xture  m easur e m ents.  Brie fly   exp la ine d,   the  diff e re nces  te xt ur e  betwe en  the  bac kgrou nd  i m age   and   the  fis h  ob j ect   com pr ise   t he  disti nctio n  betwee n  the  fish  fam ilies,  par ti cularly   betw een  poiso n  an d  non - po is on f is h fa m ily acc ordin g t o  te xt ur e  m ea su rem ents.   Ther e f or e;   t his  w ork  i nten de d  to   rec over   this  li m i ta ti o n  by  util iz ing   the  dif fer e nc es  in  te xt ur e   betwee n  the  ba ckgr ound  i m age  and   the  fish  obj ect   .   In   cert ai n  instances,  certai n  fishes  possess  do rsal  fin  an d  adip os e  fin  a nd  the re  is  a  ga p  (i nter  dorsal - adip os e  s pace)   betwee n  the se   two  ty pes   of  f in.  O n  t he  ot he r  ha nd,   a m on g  s om e  i den ti cal   fis hes,  t heir  dorsal   fi n  a nd  a dipose  fin  a re  cl os e  t oget he r  with  no   ga p.  Table   5  sh ows   the  dif fer e nce  betwee n  the  e xtracted  s ha pe   featur e s  f ro m   po is on  fis h  fa m ily  (Red  Sn a pp e r)   a nd  no n - po is on   fish  fam i ly   (S com br idae).   A s  can  be  see n  in  Table  5,   in  certai n  sit uatio ns ,  s om e  po is on   fish  ha ve  s m al le r   distance  m easur em ents  as  oppose d  t o  non - po is on  fis h.  S uppose   that  for  po is on  fis h  obje ct ,  the  le ng t h  of  it s  m ou th  is  15 . 3  pix el s  a nd   t hat  of   it s  dor sal   fin  is  23. 66   pix e ls.  Me anwhil e,   for  the  Sc om br idae  fis h,   t he  l engt h  of   it s  m ou th  is   25.33  pix el s  a nd   t hat  of  it s  dorsal  fin  is  66. 77   pix el s .  I n  the  m easur em e nts  of  an gle,  f or   t he  Scom br idae  fis h,   the  c au dal  fi n  an gle  is  11 6  pix el s,  a nd  f or   the  Re d  S na pper  fis h,   the  ca udal   fin  a ngle   is  14 5  pix el s.  In  the  m easur em ents  of   s ha pe,   for  t he  Sc om br idae   fish  obj ect ,  it s  co ntour  of   le ng t h  is  16 43   pi xels   wh il e  that  for  Re d  Sn a pper  f ish  obj ect ,  it   is  2625   pix el s.  No ta bly,  a m ong  so m e  fa m ili es,  they   hav e  s i m i la r  sh a pe  c har act e rs.       Table  5 .  So m e extracted  shap e featu res fr om b oth   p oiso n  a nd  non - poiso n fi sh   fam i li es   Sh ap e Features   No n - Po iso n  Fish   Po iso n  Fish   Fish  M o u th  leng th  ( P1  and  P3)   2 5 .33   1 5 .3   Distan ce between  t h e r ig h t - en d  of   m o u th  and  the start of   d o rsal f in  ( P3  and  P11 )   177   104   Do rsal Fin L en g th  ( P1 1  and  P12 )   6 6 .77   2 3 .66   Cau d al Fin An g le ( P1 6 ,  P1 5  and  P17 )   116   145   Leng th  con to u r  o f   f ish   1643   2625       Howe ver,  eac h  fam ily  carries  it s  own  trai ts  t hat  are   sp eci fic  to  s pecies.  For   exam ple,  f ork ed  ta il s  are   a  trai t  to  m a ny  sp eci es.  A s  su ch ,  it   is  necessa ry  to  e m plo y  m ultip le   sh a pe  cha racteri sti cs  in  m akin g  cl assifi cat ion   to  m any  diff eri ng   fam ilies.  Fu rt her m or e,  as   ind ic at ed  i n  [ 56 ,  57] ,  the  use   of   t he  cha rac te risti cs   ind ivi du al ly   m ay   no t  offer  co m ple te   identific at ion .  Ra t her ,   the  c har act eris ti cs  need   t o  be  us e d  in  c om bin at i on   in  order   to  pro vid e  ade quat e  inf or m at ion   in  the  cl assifi cation   of  num ero us   fam ilies   int o  their  co rr es pond i ng   fam i li es.  Twen ty   four   feat ures  wer e  ext rac te d  us in g  GL CM   m e tho d  ut il i zi ng   gr ay   te xture  m easur e m ents,   22  dista nce  fe at ur es   we re  e xtracted   util iz ing  dista nce  m easur em ents,  16  an gle  feat ur es   we re  e xt racted  util iz ing   an gle  m easur em ent s,  an d  2  feat ures  we re  extra ct ed  us in g  sta ti sti cal  m easur e m ents.   The  back - pro pag at io n  cl assifi er  wa s  a pp li ed  us i ng   a   set   of   i nput  f eat ur es,  but  th ere  are  iss ues  associat ed  with  this   cl assifi er  inclu ding  ent rap m ent  in  the  lo cal   op ti m a  and   lo w  rate  of   c onve r ge nce  [ 9] .  A s  a  so luti on,  a  hybri d  m et a - heu risti c  al gorithm   (MA - B  Cl assifi er)   was  pro posed  i n  this  stud y.  T he  m e ta - heuris ti c  al go rithm   s olv es   the  opti m iz at i on   pro blem .  Fu rt her m or e,  as   oppose d  to  th e  conve ntio nal  back - prop a gat ion   al go rithm ,   m et a - heurist ic   a lgo r it h m   de m on strat es  high  le ve l  of   eff e ct iv eness  in  the  pr e ve ntion   of  getti n g  tra pped  i n    the local  optim a.    Accor dingly ,  BP  and   M A - B  Cl assifi ers  wer e  us e d  in  te sti ng   t he  ex tract ed  featu re s.  As  s uch,   the  achie ved  ou tc om es  dem on st rate  the  s uccess  of  the   fe at ures  e xtr act ion   a nd  re cogniti on  m eth ods  i n  achievin g  high   cl assifi cat ion   accuracy  as  op po s ed  to  past  m et ho ds.  I n  fa ct ,  the  best  accuracy  res ults  wer e  a t   87% a nd 95%,   wh il e the  wo rs t on e s  wer e at  81% a n d 8 7% respecti vely  as  shown i n  F i gu res  3   a nd  4 .    The  re su lt s  s how  var ia ti on  a nd   t his  is  at tribu te d  to  ide nti cal ness  of  s ha pe  an d  te xt ur e   of   m os t  fish  fam i li es  with  on e  a no t her.  T he  ori gin al   pi xe l  values  m a y  al so   be  prese nt  and   this  cau se s  identic al   values  of   extracte d  featu res  w hich  will   cause  the  c om ple xit y  of   th e  extracte d  fea tures  to   increa se.  MA - B  Cl assifi e r   pro po se d  i n  th is  wor k  will   tr ai n  an d  cl assif y  these  feat ur e s.  N otably,  s om e  fam il ie s  of   fish  ca rr y  t heir  ow n  sp eci es - s pecifi c - trai ts,  a nd  t his  facil it at es   MA - B   Cl ass ifie r  in   cl assif yi ng   t hem .  Fo r   insta nce,  s om e  of     the  non - po is on   fish  fam i ly   has  an gle  of  up pe r  tria ngle   rese m bl ing   oth er   da ng e r ou s  fish  f a m ilies.  Also,  these  non - poiso n  fis hes  car ry  so m e  disti nctive  fe at ur es  incl ud i ng  the  sp ace  le ng t h  betw een  t he  rig ht - e nd  of  first  dorsal  fi n  a nd  the  b e ginnin g  of   seco nd  dors al   fin,   Pelvic  fin  le ngth   an d  H ead  width.   Fi gures   3   an d  4   present   the  outc om es  of   recog niti on  accuracy  for   each  fis h  fa m ily.  Hen ce ,  this  stu dy  was   able  to  s ucce ssfu ll y   recog nize  the   fam i li es  of   da ng e r ou s   fis h  with  high  cl as sific at ion   acc uracy   owin g  to   their   sp eci es - sp eci fic   trai ts  (d if fer e nt   sh ape  c om par ed  with  ot he r  fam ily)  that  are  disti nct  from   oth er  no n - pois on  an d  po is on  fam i li es o f  fis h.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Ro bu st f e atu re   ext ra ct ion met hods  f or   ge ner al fi sh  cl as sif ic ation  ( Muta se m  Als madi )   5201   As  oppose d  to  the  conve ntional   m e tho ds,  the   extracte d  feat ur es  us in g  the  pro po se d  m et h od s  (an c ho r   po i nts,  te xture   and   sta ti sti cal  m easur em ent s)  with  the  pr opos e d  BP  an d  MA - B  Cl as sifie rs  sho w  su pe rio r   perform ance  over  t he  sta te   of   t he  art  m eth ods  us e d  in  [3 4 ,  3 7 ]   par ti c ularly   with  re sp ect   to  recog niti on  accuracy  with  a  per ce nta ge  of  82. 25  a nd   90   as   sho wn  in  F igure  5 .  T he  m et hods   of   a nc hor  points  a nd  te xtur e   m easur em ents  app ea r  to  be  le ss  influ e nced   by   the  exp ressi on  of   fis h  an d  the  global  var ia ti on s  in  fish  obj ect   pr ese nce  wit hin   the  im age.  Fu rt her m or e,  MA - B  Cl assifi er  show s  bette r  perf or m ance  wh e n  com par ed  t o    the  co nventio na l  BP  cl assifi er  acco r ding  to   the  featu res  e xtracted  with  GLCM,  a ng le   as  well   as  dist ance   m easur em ents.  Using  SA  wit h  GA,  the   rec ogniti on  acc ur a cy   of  MA - B   Cl assifi er  is  s ubsta ntial ly   i m pr ov e d  a s   the w ei gh ts  to be  us e d  in  the  proc ess  of BP C t rainin g  a nd  processi ng are im pr oved  and  op ti m iz ed.           Figure  3 .   Re co gn it io n  acc ur ac y resu lt s  us in g B P classi fier           Figure  4 .   Re co gn it io n  acc ur ac y resu lt s  us in g M A - B cl assifi e r           Figure  5 .   Com par is on  gra ph  f or overall  acc uracy  r es ults bet ween p r opos e d B P a nd    MA - B  cl assifi e r s a nd o t her co m par at ive  m eth ods   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.