I A E S  I n t e r n at io n al  Jou r n al  of  A r t if ic ia l  I n t e ll ig e n c e  ( I J - AI )   V ol .   14 , N o.   3 ,  J une   2025 , pp.  2246 ~ 2257   I S S N :  2252 - 8938 ,   D O I :  10.11591/ ij a i. v 14 .i 3 .pp 2246 - 2257          2246     Jou r n al  h om e page :  ht tp : // ij ai . ia e s c or e .c om   R ob u st  t w o - st age  ob j e c t  d e t e c t i on  u si n g Y O L O v5   f or  e n h an c i n g  t om at o l e af  d i se ase  d e t e c t i on       E n d an g S u r yaw at i 1 , S yi f a A u li yah  H as an ah 2 , R a d e n  S an d r a Y u w an a 1 , Ji m m y A b d e l  K ad ar 1 ,    H il m an  F e r d in an d u s  P ar d e d e 1   1 R e s e a r c h  C e nt e r  f or   A r t i f i c i a l  I nt e l l i ge nc e  a nd C ybe r  S e c ur i t y, N a t i ona l  R e s e a r c h a nd I nnova t i on A ge nc y, B a ndung, I ndone s i a   2 D e pa r t m e nt  of  S t a t i s t i c s ,   F a c ul t y of  M a t he m a t i c s  a nd  N a t ur a l  S c i e nc e s , P a dj a d j a r a n U ni ve r s i t y, S um e da ng, I ndone s i a       A r t ic le  I n f o     A B S T R A C T   A r ti c le  h is to r y :   R e c e iv e d  A ug   13 ,  2024   R e vi s e d  F e b   10 ,  2025   A c c e pt e d  M a r   15 ,  2025       Deep  learning  facilitates   human   activities  across   various  sectors,  inc luding  agricult ure.  Early  disease  detection   in  plants,   such  as  tomato  plant  t hat  are  susceptible  to  diseases,  is  critical  because  it  h elps  farmers  reduce  loss es  and  control  the  disease  spread  more  effectively .  However,  the  abilit y  of   m achine  to  recognize  diseased  leaf  objects  is   also  influenced  by   the  quality  o f  data.  Data  collected  directly  from  the  field  typically  yields  lower  accuracy  due  to  challenges   faced  in  ma chine  interpret ation.  To  address  this   challen ge ,  we  propose  a  two - stage   detection  architecture   for  identifying   infected  t omato  plant  classes,  leveraging  YOLOv5  to  detect  objects  within  the  images  obtained  from  the  field.  We  use   Inception - V3  for  classifying  objec ts   into   known  classes.  Additionally,  w e  employ  a   combination  of  two   d ataset:  PlantDoc s  which  repre sent  field  data,  and  PlantVill age  datase t  which  serve s  as  a  cleaner  dataset.   Our  experimental  results   indicate  that   the  use  of   YOLOv5  in  handling  data  under  actual  field  conditions  can  enhance  model  performance, a lthough the accuracy value  is moderate (62.50 %).   K e y w o r d s :   C onvolut io na l  ne ur a l  ne twor k   D e e p l e a r ni ng   P la nt  di s e a s e  d e te c ti on   T w o - s ta ge  obj e c t  de te c ti on   Y O L O   This is an  open  acce ss artic le unde r the  CC BY - SA   license.     C or r e s pon di n g A u th or :   E nda ng S ur ya w a ti   R e s e a r c h  C e nt e r  f or  A r ti f ic ia l  I nt e ll ig e nc e  a nd  C ybe r  S e c ur it y, N a ti ona l  R e s e a r c h a nd I nnova ti on A ge nc y   S a ngkur ia ng  S t. , K S T  S a m a un S a m a di kun, B a ndung, I ndone s ia   E m a il :  e nda 029@ br in .go.i d       1.   I N T R O D U C T I O N   E a r ly  di s e a s e  de te c ti on i n pl a nt s  e na bl e s  f a r m e r s  t o m in im iz e  l os s e s  a nd mor e  e f f e c ti ve ly  c ont r ol  t he   s pr e a d  of   di s e a s e   [ 1] .  C e r ta in   pl a nt s ,  pa r ti c ul a r ly   to m a to e s ,  a r e   vul ne r a bl e   to   a   va r ie ty   of   d is e a s e s   th a t  c a n  r e duc e   c r op  pr oduc ti vi ty   a nd  f r u it   qua li ty .   B a c te r ia l  s pot ,  la te   b li ght ,  le a f   m ol d,   s e pt or ia   le a f   s pot ,   a nd  s pi de r   m it e s   a r e   a m ong  th e   di s e a s e s   th a t   a f f e c t  to m a to   pl a nt s .   C ons e que nt ly ,  e a r ly   de te c ti on  of   di s e a s e s   in   to m a to   pl a nt s  i s  c r uc ia l  to  m in im iz in g l os s e s   [ 2] .   E xi s ti ng  r e s e a r c h  in di c a te s   s ig ni f ic a nt   a dva nc e m e nt s   in   de v e lo pi ng  s ys te m s   f or   id e nt if yi ng  a n d   c la s s if yi ng  pl a nt   di s e a s e s   us in g   m a c hi ne   le a r ni ng  m e th ods   th a t  ut il iz e   im a ge s   of   in f e c te d   le a ve s .  I ni ti a ll y,  th e s e   m e th ods   r e li e d  on  m a nua l  f e a tu r e   e xt r a c ti on,  de m a ndi ng  e xpe r t  knowle dge   a nd  li m it in g  th e   qua li ty   a nd  r e le va nc e   of   f e a tu r e s .  A lg or it hm s   s uc h  a s  s uppor t  ve c to r   m a c hi ne s ,  de c is io n  tr e e s ,  k - ne a r e s t  ne ig hbor s ,  na ïv e   B a ye s ,   a nd  r a ndom  f or e s t s   ha ve   de m ons tr a te d   th e   pot e nt ia l  o f   tr a di ti ona l  m a c hi ne   le a r ni ng  in   a gr ic ul tu r a l  a ppl ic a ti ons   [ 3] ,  [ 4] .  T he   a dve nt   of   de e p   le a r ni ng  ha s   r e vol ut io ni z e d  tr a di ti ona l  m a c hi ne   le a r ni ng  th r ough  a ut om a ti c   f e a tu r e   e xt r a c ti on  [ 5] ,  gr e a tl y   im pr ovi ng  c la s s if ic a ti on  a c c ur a c y.   D e e p   le a r ni ng,  f ir s t  in tr oduc e d  in   1943  [ 6] ,  c ont in ue s   to   e vol ve   a nd  i s   w id e ly   a ppl ie d  a c r os s   va r io us   dom a in s ,  in c lu di ng  te xt   r e c ogni ti on  [ 7] ,  [ 8] ,  s pe e c h  r e c ogni ti on  [ 9] ,  [ 10] ,  a nd  im a ge   r e c ogni ti on  [ 11 ] ,   [ 12] .  O ne   of   th e   de e p  le a r ni ng  a r c hi te c tu r e s   c om m onl y  us e d  f or   im a ge   c la s s if ic a ti on  is   th e   c onvolut io na l   ne ur a l  ne twor k  ( C N N ) .   C N N   le ve r a ge s   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f   I nt e ll     I S S N :   2252 - 8938       R obus t  tw o - s ta ge  obj e c t  de te c ti on us in g Y O L O v 5 f o r  e nhanc in g  t om at o l e af   …   ( E ndang Sur y aw at i )   2247   m ove m e nt   of   c onvolut io n  ke r ne ls   to   c la s s if y  obj e c ts   ba s e d  on  vi s ua l  f e a tu r e s   s u c h  a s   c ol or ,  te xt ur e ,  a nd  le a f   e dge s .  T hi s   a ppr oa c h  de li ve r e d  s upe r io r   pe r f or m a nc e   f or   v a r io us   im a ge   da ta   ta s ks   w hi le   pr ogr e s s iv e ly   s upe r s e di ng  tr a di ti ona l  m a c hi ne   le a r ni ng  m e th ods   [ 11] .   H ow e ve r ,  f or   s m a ll   da ta s e t  us e   c a s e s ,  th e   tr a di ti ona l   m a c hi ne  l e a r ni ng s ti ll  out pe r f or m s   [ 13] .   I n  a gr ic ul tu r e   a nd  pl a nt a ti on   a ppl ic a ti ons ,  e xi s ti ng  r e s e a r c h  in di c a te s   th a t  C N N s   a r e   c a p a bl e   of   im pr ovi ng  c la s s if ic a ti on  a c c ur a c y  th r ough  va r io us   popula r   a r c hi te c tu r e s .  D if f e r e nt   C N N   a r c hi te c tu r e s   ha ve   be e n w id e ly  us e d t o i de nt if y pl a nt s  or  c la s s if y pl a nt  di s e a s e s . A le xN e t,  G oogl e N e t,  a nd V G G - 16 e a c h pos s e s s   di s ti nc t  c ha r a c te r is ti c s   f or   id e nt if yi ng  a nd  c la s s if yi ng  di s e a s e d  le a ve s   [ 14] .  T h e   I nc e pt io n  a r c hi te c tu r e   ha s   be e n  a ppl ie d  f or   c la s s if yi ng  f r ui t  pl a nt s   [ 15] ,  lu ng  c a nc e r   [ 16] ,  a nd  pl a nt   di s e a s e s   [ 17] – [ 20] .  C N N   a r c hi te c tu r e s   c a te gor iz e d  a s   s ki p  c onne c ti on  a r c hi te c tu r e s ,  ha v e   a ls o  be e n  us e d  f or   c la s s if yi ng  pl a nt   di s e a s e s   s uc h  a s   R e s N e t   [ 19] ,  [ 21] – [ 23] ,  a nd  D e ns e N e t   [ 19] ,  [ 21] ,  [ 24] ,  a nd  a ls o   D e ns e N e t  f or   de te c ti ng   pl a nt   nut r ie nt   de f ic ie nc ie s   [ 25] .  O th e r   C N N   a r c hi te c tu r e s ,  de ve lo p e d  f or   im pr ove d  pe r f or m a nc e   a nd  e f f ic ie nc y,  in c lu de   C om N e t  [ 26] ,  E f f ic ie nt N e t  [ 19] ,  [ 21] ,  [ 24 ] ,  M obi le N e t  [ 20] – [ 2 2] ,  [ 27] ,  a nd  I nc e pt io nR e s N e t  [ 21] ,  [ 22] .  I n  it s   de ve lo pm e nt ,  s om e   r e s e a r c h e r s   ha ve   pr opos e d  m ode ls   c a te go r iz e d  unde r   th e   de te c to r   f a m il y,  na m e ly   one - s ta ge   a nd  two - s ta ge   obj e c t  de te c ti on.  Y O L O   is   r e c ogni z e d  a s   a   popula r   one - s ta ge   obj e c t  de te c ti on  m ode l,   w hi le   th e   r e gi on - ba s e d  C N N   f a m il y  f a ll s   in to   two - s ta ge   obj e c t   de te c ti on.  W u   e t  al .  [ 28]   a ppl ie s   two   le a r ni ng  m ode ls , Y O L O v5 a nd E f f ic ie nt N e tV2, to c la s s if y t om a to  l e a f  d is e a s e s .   N e ve r th e le s s ,   m a ny  s tu di e s   on   pl a nt   di s e a s e   c la s s if ic a ti on  r e ly   he a vi ly   on  c l e a n  da t a s e t s ,  w hi c h   e na bl e   m ode ls   to   a c hi e ve   hi gh  a c c ur a c y.   H ow e ve r ,  m o s t  da ta s e ts   f ound  in   r e a l - w or ld   e nvi r onm e nt s   a r e   c a pt ur e d  unde r   unc ont r ol le d,  r e a l - w or ld   c ondi ti ons ,   unl ik e   la b or a to r y  da ta s e ts .   W e   r e f e r   to   s uc h   da ta s e ts   a s   " di r ty   da ta s e ts ,"   r e pr e s e nt in g  r e a l - w or ld   c ondi ti ons .  O f te n,  m o de ls   s tr uggl e   to   pe r f or m   w e ll   w he n  te s te d  on   di r ty   da ta s e ts .   T hi s   s it ua ti on   pr e s e nt s   a   c ha ll e ngi ng  t a s k  f or   m a c hi ne s ,  w hi c h  m us t   r e c ogni z e   a nd  c la s s if y  obj e c ts  f r om  r e a l - c ondi ti on da ta  i nt o pr e de f in e d c a te gor ie s .    B a s e d on thi s  ba c kgr ound, our  r e s e a r c h f oc us e s  on i m pr ovi ng  m ode l  pe r f or m a nc e , pa r ti c ul a r ly  w he n   te s te d  w it h  r e a l - w or ld   ( di r ty )   da ta s e ts ,  to   de ve lo p  a   r obus t  m o de l  f or   c la s s if yi ng  to m a to   pl a nt   le a f   di s e a s e s .   T he r e   a r e   s e ve r a l  c r uc ia l  f a c to r s   to   c ons id e r   to   a ddr e s s   th is   r e s e a r c h  que s ti on.  F ir s t,   w e   e m pl oy  a n  obj e c t  de te c to r   a nd  a   c la s s if ie r   to   pr opos e   a   two - s ta ge   obj e c t  de te c ti o n  a r c hi te c tu r e .  S e c ond,  w e   le ve r a ge   Y O L O v5   to   be   in te gr a te d  in to   th e   a r c hi te c tu r e   a s   a n  obj e c t  de te c to r ,  pe r f or m in g  pr e - p r oc e s s in g  ta s k s   be f or e   th e   da ta   e nt e r s   th e   c la s s if ie r .  F or   th e   pr e li m in a r y  r e s e a r c h  of   our   pr opos e d  a r c hi te c tu r e ,  w e   c ons id e r   ut il iz in g   Y O L O v5,  w hi c h  of f e r s   ba la nc e d  pe r f or m a nc e ,  s p e e d,  a   li g ht w e ig ht   m ode l,   a nd  a da pt a bi li ty   f or   f ut ur e   r e qui r e m e nt s   w hi le   a ls o  a c c ount in g  f or   th e   c ons tr a in ts   of   our   c ur r e nt   ha r dw a r e   [ 27] ,  [ 29 ] .  W e   ut il iz e   I nc e pt io n - V 3  to   c la s s if y  de te c te d  obj e c t s   f r om   Y O L O v5  in to   k now n  to m a to   di s e a s e  c la s s e s . T he   ju s ti f ic a ti on   f or   c hoos in g  I nc e pt io n - V 3  a s   our   ba s e li ne  c la s s if ie r   is   th a t  it   is  qui te   e f f ic ie nt   in   te r m s   of   c om put a ti ona l  c os t,   ha s   a   s im pl e   de s ig n  m ode l,   a nd  is   s tr a ig ht f or w a r d   to   s tu dy   [ 3 0] .  M a ny  s tu di e s   us e   th is   m ode l  a s   a   ba s e li ne   a nd  a c hi e v e   good   pe r f or m a nc e .  T hi r d,  w e   ut il iz e   th e   P la nt D oc s   d a ta s e t   to   r e pr e s e nt   th e   c ha ll e nge s   of     r e a l - w or ld   c ondi ti ons   ( di r ty   da ta s e ts ) .  M e a nw hi le ,  th e   P la nt V il la ge   da ta s e t  is   u s e d  to   v a li da te   th e   f in di ngs   of   m a ny  s tu di e s   th a t  r e ly   on  c le a n  da ta s e ts .  P la nt D oc s   a nd  P la nt V il la ge   w il l  be   a lt e r na te ly   us e d  a s   tr a in in g  a nd  te s ti ng  da ta .  H ow e ve r ,  w e   a s s um e   th a t  th e   r ol e   of   Y O L O v5  i n  pr e - pr oc e s s in g  ta s ks   w il l  be   m or e   e f f e c ti ve   w he n  th e   m ode l   is   tr a in e d   a nd  t e s te d   us in g  th e   P la nt D oc s   da ta s e t.   F our th ,  w e   a im   to   a s s e s s   w h e th e r   Y O L O v5  a s   a   pr e - pr oc e s s or   c a n  im pr ove   c la s s if ie r   pe r f or m a nc e .  T he   c la s s if ie r   w il l  be   e va lu a t e d  w it h  a nd   w it hout   Y O L O v5 pr e - pr oc e s s in g.       2.   M E T H O D   2.1.  I n c e p t io n - V3   I nc e pt io n - V 3  is   a   de e p  le a r ni ng  a r c hi te c tu r e   th a t  ha s   a c hi e ve d  a n  a c c ur a c y  of   m or e   th a n  78.1%   on   c la s s if ic a ti on  ta s ks   in vol vi ng  1000  c la s s e s   on  th e   I m a ge N e t  d a ta s e t  [ 31] .  T hi s   l e ve l  of   a c c ur a c y   r e nde r s   it   s ui ta bl e   f or   va r io us   im a ge   r e c ogni ti on  ta s ks .  S e ve r a l  s tu di e s   ha ve   be e n  c onduc te d  to   c la s s if y  28  f lo w e r   s pe c ie s  u s in g t he  I nc e pt io n - V 3 a r c hi te c tu r e  a nd t r a ns f e r  l e a r ni n g t o e nha nc e  a c c ur a c y by r e tr a in in g t he  f lo w e r   c a te gor y  c ol le c ti on.  B a s e d  on  th e   e xpe r im e nt   r e s ul ts ,  f r om   th e   two  da ta s e ts   us e d,  th e   O xf or d - 17  a nd     O xf or d - 102  f lo w e r   da ta s e ts ,  th e   r e s ul ti ng  a c c ur a c y  is   95% .  T hi s   in di c a te s   th a t  I nc e pt io n - V 3  pe r f or m s   w e ll   in   im a ge  c la s s if ic a ti on t a s ks , e v e n w it h da ta s e ts  c ont a in in g nume r ous  c la s s  c a te gor ie s   [ 32] .   A ddi ti ona ll y,  I nc e pt io n  is   de s ig ne d  to   de li ve r   hi gh  pe r f or m a nc e   r e s ul ts   w it h  a   lo w e r   c om put a ti ona l  lo a d  c om pa r e d  to   ot he r   a r c hi te c tu r e s .  T hi s   i s   a c hi e va bl e   du e   t o  th e   f e w e r   pa r a m e te r s   in   I nc e pt io n  c om pa r e d  to  ot he r  a r c hi te c tu r e s . I nc e pt io n - V 3 i s  a n a dva nc e m e nt  of  t he  e a r li e r  a r c hi te c tu r e , I nc e pt io n - V 1, i nt r oduc e d i n   2014  a s   G oog L e N e t  [ 33] .   S e ve r a l  m odi f ic a ti ons   ha ve   be e n  im pl e m e nt e d  in   th is   a r c hi te c tu r e   c om pa r e d  to   it s   pr e de c e s s or ,  in c lu di ng  f a c to r iz a ti on  in to   s m a ll e r   c onvolut io ns ,  s pa ti a l  f a c to r iz a ti on  in to   a s ym m e tr ic   c onvolut io ns ,  ut il iz a ti on  of   a uxi li a r y  c la s s if ie r s ,  a nd  e f f ic ie nt   g r id   r e duc ti on.  F ig u r e   1  s how   th e   I nc e pt io n - V 3   a r c hi te c tu r e   ge ne r a ll y.  O ve r a ll ,  th e   I nc e pt io n - V 3  a r c hi te c tu r e   c om pr is e s   th ir te e n  m odul e s :  one   s te m   m odul e ,  te n  in c e pt io n  m odul e s ,  two  r e duc ti on  m odul e s ,  a nd  one   a uxi li a r y  c la s s if ie r   m odul e .  T hi s   c om bi na ti on  of   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :   2252 - 8938   I nt  J  A r ti f   I nt e ll , V ol .  14 , N o.  3 ,  J une   20 25 :  2246 - 2257   2248   m odul e s   a ll ow s   I nc e pt io n - V 3  to   pr oc e s s   im a g e s   e f f ic ie nt ly ,  c a pt ur in g  a   w id e   r a nge   of   f e a tu r e s   a t  m ul ti pl e   s c a le s   w hi le  m a in ta in in g a  ba la nc e  be twe e n  c om put a ti ona l  c os t  a nd pe r f or m a nc e .           F ig ur e  1. T he  i nc e pt io n - V 3 a r c hi te c tu r e       2.2.  YOL O v5   T he   a r c hi te c tu r e   of   C N N   i s   e xc e ll e nt   f or   c la s s if ic a ti on.  N e ve r t he le s s ,  obj e c t  de te c ti on  c a n  b e   a   good  s ol ut io n  in   c e r ta in   c a s e s   to   e ns ur e   th a t  th e   c la s s if ie d  im a ge s   do   not   c ont a in   noi s e   or   ot he r   im a ge s   out s id e   th e   in te nde d obje c t.  Y O L O v5 i s  a  m e th od s ui ta bl e  f or  obj e c t  de te c ti on. YO L O v5 i s  t he  e vol ut io n of   th e  f a m il y o f   Y O L O .  W id e ly   us e d,  th is   obj e c t  de te c ti on  m e th od  b a la nc e s   s pe e d  a nd  de te c ti on  pe r f or m a nc e ,  a nd   a ls o  of f e r s   a   s m a ll e r   m ode l  w e ig ht   [ 27] ,   e na bl in g  e f f e c ti ve   m ul t i - s c a le   obj e c t  de te c ti on  [ 29] .  Y O L O v5   a ls o  be c om e s   a   s ui ta bl e  a nd e a s y m e th od t o be  m odi f ie d  f or  e nha nc e m e nt s  i n f ur th e r  de ve lo pm e nt  ne e ds   [ 27] ,  [ 29] . Y O L O v5   c a n  de te c t  a nd   c la s s if y  m ul ti pl e   obj e c ts   in c lu di ng  hum a ns ,   a ni m a ls ,  a nd   ve hi c le s ,  in   a n  im a ge   or   vi de o.   F ig ur e  2 i s  a  de pi c ti on of  Y O L O v5 a r c hi te c tu r e .           F ig ur e  2. T he  Y O L O v5 ne twor k a r c hi te c tu r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f   I nt e ll     I S S N :   2252 - 8938       R obus t  tw o - s ta ge  obj e c t  de te c ti on us in g Y O L O v 5 f o r  e nhanc in g  t om at o l e af   …   ( E ndang Sur y aw at i )   2249   Y O L O v5  is   a va il a bl e   in   f iv e   di f f e r e nt   s iz e s ,  ba s e d  on  th e   num be r   of   la ye r s   a nd  pa r a m e te r s   it   pos s e s s e s .  T hi s   a r c hi te c tu r e   c om pr is e s   th r e e   m a in   pa r ts :  th e   ba c kbone ,  ne c k,  a nd  he a d.  T he   ba c kbon e   is   r e s pons ib le  f or  f or m in g  f e a tu r e s  i n t he  i m a ge , l e ve r a gi ng t he  C S P D a r kne t5 3 a r c hi te c tu r e , w hi c h i s  a  m odi f ie d   ve r s io n of  D a r kne t.  T he  c r os s - s ta ge  pa r ti a l  ( C S P )  s tr uc tu r e  he lp s  ove r c om e  gr a di e nt  pr obl e m s  by s pl it ti ng  t he   f lo w   of   gr a di e nt s   [ 34] ,  r e duc in g  th e   num be r   of   pa r a m e te r s ,  a nd  c om put in g  th e   lo a d.  I n  ot he r   w or ds ,  th e   B ot tl e ne c kC S P   c a n  h a ndl e   th e   f e a tu r e   m a p  e xt r a c ti on  a nd  r e duc e   gr a di e nt   in f or m a ti on  dupl ic a ti on  in   th e   C N N   opt im iz a ti on  pr oc e s s .  M e a nw hi le ,  th e   s pa ti a l  pyr a m id   po ol in g  ( S P P )   m odul e   e nha nc e s   th e   de te c ti on  of   ta r ge ts   a t  di f f e r e nt   s c a le s   by  a ggr e ga ti ng  f e a tu r e s   f r om   m ul ti pl e   la ye r s .  T he   ne c k  is   th e   pa r t  th a t  c onne c ts   th e   ba c kbone   w it h  th e   he a d,  r e s pon s ib le   f or   m e r gi ng  f e a tu r e s   f r o m   di f f e r e nt   s c a le s .  T he   he a d  is   r e s pon s ib le   f or   de te c ti ng  obj e c ts .  S im il a r   to   ot he r   Y O L O   a r c hi te c tu r e s ,  it   us e s   Y O L O   la ye r s   to   bui ld   th is   pa r t.   T he   out put   o f   th is  pa r t  in c lu de s  bounding boxes   a nd c la s s  pr oba bi li ti e s .     2.3.  YOL O v5 as  p r e - p r oc e s s in g m e t h od  f o r  t w o - s t age s  ob j e c t  d e t e c t io n  ar c h it e c t u r e   A s   w e   ha ve   e xpl a in e d   in   th e   in tr oduc ti on  s e c ti on,   w e   ut il iz e   Y O L O v5  to   s uppor t  th e   pr e - pr oc e s s in g   s ta ge ,  in c lu di ng  lo c a li z in g  a nd   de te c ti ng  obj e c ts   w it hi n  a n  im a ge .  T hi s   s ta g e   is   th e   f ir s t  s te p  in   th e   two - s ta ge   obj e c t  de te c ti on  pr oc e s s .  T h e   r e s e a r c h  c om m e nc e d  w it h  th e   pr e pr oc e s s in g  s ta g e ,  w he r e   w e   a ppl ie d  Y O L O v5  to  t w o da ta s e ts  f or  obj e c t  de te c ti on. W e  a ppl y t hi s  pr oc e s s  t o t he  s e le c te d da t a s e t s , f oc us in g t he  i m a ge s  on t he   im por ta nt  a r e a s  f or  e a s ie r  a nd mor e  a c c ur a te   c la s s if ic a ti on.   T he   f ir s t  s te p  in   th e   obj e c t  de te c ti on  pr oc e s s   in   Y O L O v5  in vol ve s   e xt r a c ti ng  f e a tu r e s   f r om   e a c h   da ta s e t,   us in g  a   r e s ol ut io n  of   768 × 768 × 3  f r om   th e   or ig in a l  ba c kbone .  T hi s   pa r t  s pl it s   e a c h  im a ge   in to   f e a tu r e   m a ps ,  e a c h  r e pr e s e nt in g  th e   im a ge   a t  di f f e r e nt   le ve ls   of   a bs tr a c ti on.  T he   ne c k  pa r t  th e n  c onc a te na te s   th e s e   f e a tu r e   m a ps   to   a ggr e ga te   in f or m a ti on  f r om   va r io us   s c a le s .  A f te r   c onc a te na ti on,  a   c onvolut io n  pr oc e s s   w it h  32  ke r ne ls   tr a n s f or m s   th e   c on c a te na te d   f e a tu r e   m a p s   in to   a   3 20 × 320 × 32  f e a tu r e   m a p.  T he   h e a d  pa r t  th e n  lo c a li z e s   a nd  de te c ts   obj e c t s   f r om   th e s e   va r io us   s c a le s   of   f e a t ur e   m a ps ,  ul ti m a te ly   pr oduc in g   c la s s if ic a ti on  r e s ul ts   a nd  obj e c t  c oor di na te s .  F ig ur e   3  il lu s tr a te s   th e   a r c hi te c tu r e   of   a   two - s ta ge   obj e c t  de te c ti on  s ys te m ,  w he r e  t he  Y O L O v5 obje c t  de te c ti on pr oc e s s  f or m s  a n i nt e gr a l  pa r t  of  t he  e nt ir e  s ys te m .           F ig ur e  3. T he  pr opos e d a r c hi te c tu r e  of  t w o - s ta ge s  obj e c t  de te c ti on       D ur in g  obj e c t  de te c ti on,  w e   tr a in   th e   Y O L O v5  m ode l  u s in g  t he   or ig in a l  da ta s e t   to   ge ne r a te   a   ne w   da ta s e t.   T hi s   ne w   d a ta s e t  c on s is ts   of   c la s s if ie d  le a f   obj e c ts   r e s ul ti ng  f r om   th e   de te c ti on  pr oc e s s ,   s pe c if ic a ll y  to m a to   le a f   im a ge s   c la s s if ie d  a s   e it he r   di s e a s e d  or   he a lt hy.  T he   or ig in a l  da ta s e t  c om pr is e s   to m a to   le a f   im a ge s ,  bot h  di s e a s e d  a nd  he a lt hy,  obt a in e d  f r om   th e   P la nt D oc s   a nd  P la nt V il la ge   da ta s e t s .  A f te r   obj e c t  de te c ti on,  w e   pr oc e e d  to   th e   c la s s if ic a ti on  s ta ge .  I n  th is   s ta g e ,   w e   tr a in   th e   I nc e pt io n - V 3  m ode l  to   c la s s if y   to m a to  l e a f  di s e a s e s  us in g t he  n e w  da ta s e t.   I nt e r e s ti ngl y,  th is   s tu dy  s how s   ho w   Y O L O v5,  w hi c h  is   a n   obj e c t  de te c to r ,  c ont r ib ut e s   to   th e     pr e - pr oc e s s in g  s ta g e   to   s uppor t  th e   I nc e pt io n - V 3  c la s s if ie r   in   id e nt if yi ng  di s e a s e d  to m a to   le a ve s .  U s in g  a   da ta s e t  th a t  a c c ur a te ly   r e f le c t s   r e a l - w or ld   c ondi ti ons ,  s uc h  a s   t he   P la nt D oc s   d a ta s e t  in   F ig ur e   4,  s ig ni f ic a nt ly   e nha nc e s   it s   e f f e c ti ve ne s s .  T hi s   f ig ur e   il lu s tr a te s   a   s a m pl e   im a ge   f r om   P la nt D oc s   ta ke n  in   f ie ld   c ondi ti ons .  T hr ough  th e   obj e c t  de te c ti on  pr oc e s s ,  Y O L O v5  lo c a li z e s   a nd  de te c ts   th r e e   di s e a s e d  le a f   obj e c ts ,  th e n  c r ops   th e s e   le a ve s   f r om   th e   or ig in a l  im a ge ,   r e s ul ti ng  in   th r e e   s e pa r a t e   di s e a s e d   le a f   im a ge s ,  a s   s how n  on   th e   r ig ht   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :   2252 - 8938   I nt  J  A r ti f   I nt e ll , V ol .  14 , N o.  3 ,  J une   20 25 :  2246 - 2257   2250   s id e   of   th e   a r r ow   in   F ig ur e   4.   T he   I nc e pt io n - V 3  c la s s if ie r   f in d s   it   e a s ie r   to   r e c ogni z e   a nd  c la s s if y  th e   le a ve s   us in g t he s e  t hr e e  i ndi vi dua l  le a f  i m a ge s , a s  oppo s e d t o us in g t h e  or ig in a l  im a ge  on t he  l e f t  s id e .           F ig ur e  4. O bj e c t  de te c ti on by YO L O v5 on P la nt D oc s  s a m pl e  i m a ge       W e  e xc lu s iv e ly  pr e s e nt  t he  P la nt D oc s  s a m pl e  i m a ge  f or  t he  obj e c t  de te c ti on pr oc e s s , a s  i t  s how c a s e s   th e   a bi li ty   to   de te c t  a nd  c r op  m ul ti pl e   le a f   obj e c ts   w it hi n  a n  im a ge   in to   s e pa r a te   obj e c t  im a ge s .  H ow e ve r ,  w e   a ppl ie d  th e   s a m e   pr e - pr oc e s s in g  us in g  Y O L O v5  to   th e   P l a nt V il la ge   da ta s e t  in   our   s tu dy,  de s pi te   it s   c la s s if ic a ti on  a s   a   c l e a n  da ta s e t.   P la nt V il la ge   im a ge s   a r e   w e ll - or ga ni z e d  to m a to   le a f   im a ge s   a r r a nge d  in   la bor a to r y s e tt in gs  w it h unif or m  c ol or  ba c kgr ounds .     2.4.  Dat as e t  p r e p ar at io n   P r e pa r in g  th e   da ta   be f o r e   us in g  th e   da ta s e ts   to   tr a in   th e   m ode l   is   a not he r   s te p  in   th e   p r e - pr oc e s s in g  s ta ge .  D a ta   pr e pa r a ti on   is   e s s e nt ia l  f or   a c hi e vi ng  e x c e ll e nt   m ode l  pe r f or m a nc e .  I n  our   s tu dy,  Y O L O v5' s   obj e c t  de te c ti on  pr oc e s s   pr oduc e s   th e   pr e p a r e d  da ta ,  w hi c h  w e   r e f e r   to   a s   th e   ne w   da ta s e t,   a s   il lu s tr a te d  in   F ig ur e   4.  A s   pr e vi ous ly   e xpl a in e d,  w e   us e   two  di f f e r e nt   da ta s e ts :  th e   P la nt V il la ge   da ta s e t  a nd  th e   P la nt D o c s   da ta s e t.   T he   P la nt V il la ge   da t a s e t   c ons i s ts   of   38  c la s s   c a te gor ie s   ba s e d  on   di s e a s e   ty pe s   f or   va r io us   pl a nt   s pe c ie s ,   to ta li ng  54,303  im a g e s   a c r os s   a ll   c l a s s e s .   T he   P la nt D oc s   da t a s e t  c ons is t s   of   2,598   im a ge s   f r om     13  pl a nt   s pe c ie s ,  w it h  a   to ta l  of   17   c la s s   c a te gor ie s   ba s e d  on  di s e a s e   ty pe s .  P la nt D oc s   a nd  P la nt V il la ge   a r e   publ ic   da ta s e ts   th a t  a r e   w id e ly   us e d  f or   de ve lo pi ng  a nd  te s ti ng  pl a nt   di s e a s e   de te c ti on  m ode ls   a nd  c a n  be   a c c e s s e d  f r e e ly .  E a c h  of   th e m   ha s   th e ir   ow n  uni que   c h a r a c t e r is ti c s .  I m a ge s   s a m pl e s   f or   th e   P la nt V il la ge   da ta s e t  a r e   s how n i n F ig ur e  5, a nd F ig ur e  6 i ll us tr a te  s a m pl e  of  t he  i m a ge s  f or  t he  P la nt D oc s  da ta s e t.           F ig ur e  5. P la nt V il la ge  s a m pl e  i m a ge   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f   I nt e ll     I S S N :   2252 - 8938       R obus t  tw o - s ta ge  obj e c t  de te c ti on us in g Y O L O v 5 f o r  e nhanc in g  t om at o l e af   …   ( E ndang Sur y aw at i )   2251       F ig ur e  6. P la nt D oc s  s a m pl e  i m a ge       B ot h  f ig ur e s   hi ghl ig ht   th e   di f f e r e nc e s   in   im a ge   c ondi ti o ns   be twe e n  th e   two  da ta s e ts .  T he   P la nt V il la ge  da ta s e t  e xhi bi ts  a  r e la ti ve ly  c le a n c ondi ti on due  t o  th e  pr oc e s s  of  c a pt ur in g i m a ge s  t a ke s  pl a c e  i n  a   c ont r ol le d  e nvi r onm e nt   s e tt in g.  M e a nw hi l e ,  th e   P la nt D oc s   da ta s e t  c ont a in s   im a g e s   th a t  m a y  c ont a in   m ul ti pl e   le a ve s ,  e a c h  w it h  va r yi ng  ba c kgr ounds   a nd  li ght in g  c ondi ti ons .  F or   our   s tu dy,  w e   us e   onl y  to m a to   pl a nt s   f r om   e a c h  da ta s e t,   f oc u s in g  on  a   s ubs e t   of   6  di s e a s e   c la s s e s ,  na m e ly   b a c te r ia l  s pot ,  l a te   bl ig ht ,  le a f   m ol d, s e pt or ia  l e a f  s pot , m os a ic  vi r us , ye ll ow  l e a f  c ur l  vi r us , a nd 1 he a lt hy c la s s .   T a bl e   1  s how s   th e   da ta   di s tr ib ut io n  of   th e   or ig in a l  da ta s e ts   us e d  a s   in put   f or   th e   obj e c t  de te c ti on   pr oc e s s .  T he r e   a r e   12,357  im a ge s   f r om   th e   P la nt V il la ge   da ta s e t  a nd  648  im a ge s   f r om   th e   P la nt D oc s   da ta s e t.   S in c e   Y O L O v5  c a n  de te c t  m ul ti pl e   c la s s e s   in   a   s in gl e   im a ge ,   th e   num be r   of   in s ta nc e s   in   e a c h  c la s s   in   th e   P la nt D oc s   da ta s e t  h a s   c ha nge d,   a s   s ho w n  in   T a bl e   2.  T hi s   c ha nge   onl y   oc c ur s   in   th e   P la nt D oc s   da ta s e t  be c a us e  t h e  P la nt V il la ge  da ta s e t  c ons i s ts  of  s in gl e - le a f  i m a ge s .       T a bl e  1.  T he  da ta   di s tr ib ut io n f or  t w o or ig in a l  da ta s e ts   D i s e a s e   c l a s s   P l a nt V i l l a ge   P l a nt D oc s   B a c t e r i a l   s pot   1914   107   L a t e   bl i ght   1689   111   L e a f   m ol d   857   91   S e pt or i a   l e a f  s pot   1582   148   M os a i c   vi r us   307   54   Y e l l ow   l e a f  c ur l  vi r us   4671   75   H e a l t hy   1337   62       T a bl e  2.  T he  da ta   di s tr ib ut io n f or  t he  P la nt D oc s  da ta s e t   D i s e a s e   c l a s s   O r i gi na l   da t a s e t   N e w   da t a s e t   B a c t e r i a l   s pot   107   265   L a t e   bl i ght   111   141   L e a f   m ol d   91   368   S e pt or i a   l e a f  s pot   148   195   M os a i c   vi r us   54   482   Y e l l ow   l e a f  c ur l  vi r us   75   1095   H e a l t hy   62   582       2.5.  E xp e r im e n t al  s e t u p   W e   di vi de   e a c h  da ta s e t  in to   80%   tr a in in g  da ta   a nd  20%   te s ti ng  da ta ,  r e s pe c ti ve ly .  T h e   da ta s e ts   w e   us e d  c ont a in   im a ge s   w it h  va r io us   pi xe l  s iz e s .  T he r e f or e ,  s om e   pi xe l  tr a ns f or m a ti ons   o r   a dj us tm e nt s   a r e   r e qui r e d  to   a da pt   to   th e   m ode l  a r c hi te c tu r e .  W e   s ta nda r di z e d  a ll   da ta   s iz e s   to   128 × 128  to   e ns ur e   uni f or m it y.   W e   s c a le   th e   pi xe l  va lu e s   f r om   0 - 255  to   0 - 1,  s pe e di ng  up  th e   m ode l' s   tr a in in g  a nd  hom oge ni z in g  th e   va lu e s   in   th e   da ta .  W e   a ls o  us e   da ta   a ugm e nt a ti on  to   di ve r s if y  th e   a v a il a bl e   da ta ,  a ll ow in g  th e   m ode l  to   le a r n   f r o m   a ddi ti ona l  da ta   dur in g  th e   tr a in in g  p r oc e s s .  T hi s   c a n  le a d  to   be tt e r   r e s ul ts   by  c a pt ur in g   ta r ge te d   c ha r a c te r is ti c s . A ugm e nt a ti on t e c hni que s  u s e d i nc lu de   s hi f t,  r ot a ti on, s he a r , z oom , a nd f li p.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :   2252 - 8938   I nt  J  A r ti f   I nt e ll , V ol .  14 , N o.  3 ,  J une   20 25 :  2246 - 2257   2252   T he   im a ge s   pr e pa r e d  in   th e   pr e - pr oc e s s in g  s ta g e   a r e   th e n  in put   in to   th e   I nc e pt io n - V 3  c la s s if ie r .     W e   us e   th e s e   im a ge s   to   tr a in   th e   m ode l   f or   opt im a l  pe r f o r m a nc e   in   c la s s if yi ng  di s e a s e s   in   to m a to   pl a nt s .    A s   out li ne d  in   our   pr opos a l,   th is   s tu dy  e m pha s iz e s   le ve r a gi n g  Y O L O v5  to   de te c t  obj e c t s   w it hi n  im a ge s ,   e nha nc in g  th e   pr e - pr oc e s s in g  s ta ge   in   a   two - s ta ge   obj e c t  de te c ti on  a r c hi te c tu r e .  O ur   hope   is   to   im pr ove   I nc e pt io n - V 3 m ode l  pe r f or m a nc e  i n de te c ti ng t om a to  l e a f  di s e a s e s  by i nc or por a ti ng Y O L O v5.   T o  te s t  our   pr opos a l,   w e   tr a in   a nd  te s t  th e   I nc e pt io n - V 3  m ode l   us in g  a   c om bi na ti on  of   two   da ta s e ts ,   a ll ow in g  th e   m ode l  to   le a r n  f r om   di ve r s e   da ta   ty pe s .  W e   a lt e r na te ly   us e   th e s e   two  da ta s e ts   a s   tr a in in g  a nd  te s ti ng  da ta .  A ddi ti ona ll y,  w e   tr a in   th e   I nc e pt io n - V 3  m ode l   w it hout   us in g  Y O L O v5  in   th e   pr e - pr oc e s s in g  s ta ge ,  w hi c h   w e   de f in e d  a s   our   b a s e li ne   a r c hi te c tu r e .  I n   th e   b a s e li ne   a r c hi te c tu r e ,  w e   di r e c tl y  tr a in   a nd   te s t   th e   I nc e pt io n - V 3  m ode l  us in g  th e   two   or ig in a l  da ta s e ts ,  by  pa s s in g  th e   Y O L O v5  pr e - pr oc e s s in g  s ta ge .    T o  s uppor t  th e   tr a in in g   a nd  te s ti ng  of   th e   m ode l,   w e   us e   th e   f ol lo w in g  hype r pa r a m e te r   s e tt in gs :  A da m   opt im iz e r  w it h a  l e a r ni ng r a te  of  1× 10⁻ ⁴, a  ba tc h  s iz e  of  32, a nd  30 e poc hs  pe r  e xpe r im e nt .       3.   R E S U L T S  A N D  D I S C U S S I O N   W e   di vi de d  th e   m ode l   pe r f or m a nc e   r e s ul ts   in to   two   s ub s e c ti o ns :  th e   f ir s t  s e c ti on,  w he n  th e   m ode l  us e s   P la nt V il la ge   a s   tr a in in g  da ta ,  a nd  th e   s e c ond  s e c ti on,  w h e n  th e   m ode l  us e s   P la nt D oc s   a s   tr a in in g  da ta ,  in c lu di ng  c om pa r is ons   be twe e n  th e   be s t  pr opos e d  a nd  it s   ba s e li ne .  T hi s   c om pa r is on  il lu s tr a te s   th e   e f f e c t  of   us in g  Y O L O v5  in   th e   p r e - pr oc e s s in g  s ta ge   on  m ode l  pe r f o r m a nc e .  T o  c la r if y  th e   te r m in ol ogy,   " pr opos e d"   r e f e r s  t o t he  p r e - pr oc e s s in g m e th od t ha t  us e s  Y O L O v5, while  " ba s e li ne "  r e f e r s  t o t he  s ta nda r d p r e - pr oc e s s in g  m e th od  th a t  doe s   not   u s e   Y O L O v5.   W e   a ls o  u s e   th e   te r m   " P V "   to   r e f e r   to   th e   P la nt V il la ge   da ta s e t  a nd   " P D "   to  r e f e r  t o t he  P la nt D oc s  da ta s e t.     3.1.   P e r f or m an c e   m od e l  b as e d  on  P la n t V il la ge  as  t h e  t r ai n i n g d at a   T a bl e   3   de m ons tr a te s   th a t   th e   I nc e pt io n - V 3  m ode l,   tr a in e d  a n d  te s te d   on  th e   P la nt V il la g e   da ta s e t,   a c hi e ve d  a n  a c c ur a c y  va lu e   of   98.28%   f or   bot h   our   ba s e li ne   a nd  th e   pr opos e d  m ode l.   C onve r s e ly ,  te s ti ng  th e   m ode l  w it h  th e   P la nt D oc   d a ta s e t   r e s ul ts   in   a   d e c r e a s e   in   it s   pe r f or m a nc e .  H ow e ve r ,  a s   m e nt io ne d  in   th e   in tr oduc ti on,  th is   out c om e   is   not   s ur pr is in g,  gi ve n  th a t  m a ny  c la s s if ic a ti ons   a c hi e ve   hi gh  a c c ur a c y  w he n  us in g  c le a n  d a ta s e t s ,  pa r ti c ul a r ly   f or   to m a to   pl a nt   di s e a s e s   [ 14] .  W e   a ls o   obs e r ve   th a t  in   th is   c a s e ,  th e   us e   of   Y O L O v5 doe s  not  s ig ni f ic a nt ly  i nf lu e nc e  pe r f or m a nc e  i m pr ove m e nt .       T a bl e  3. M od e l  pe r f or m a nc e  w he n t r a in e d by  P la nt V il la ge   da ta s e t   T e s t i ng da t a   A c c ur a c y ( % )   A r c hi t e c t ur e   P l a nt V i l l a ge   98.32   ba s e l i ne   P l a nt V i l l a ge   98.32   P r opos e d   P l a nt D oc s   21.54   ba s a e l i ne   P l a nt D oc s   15.28   P r opos e d       3.2.   P e r f or m an c e   m od e l  b as e d  on  t h e  P la n t D oc s  as  t h e  t r ai n in g d at a   B a s e d  on  th e   a c c ur a c y  c ur ve s   pr e s e nt e d  in   F ig ur e s   7  a nd  8,   w e   c a n  obs e r ve   th a t  th e   m ode l  ove r f i ts   w it h  a   hi gh  a c c ur a c y  dur in g  tr a in in g,  but   th e   va li da ti on  pr oc e s s   r e ve a ls   a   de c li ne   in   th e   m ode l' s   pe r f or m a nc e .   I t  oc c ur s   w he n  th e   m ode l  le a r ns   th e   tr a in in g  da ta   to o   pr e c is e ly ,  in c lu di ng  noi s e ,  w hi c h  ne ga ti ve ly   im pa c ts   it s   pe r f or m a nc e   on  te s ti ng   da ta .   I n  F ig ur e   8,  w e   c a n s e e   our   m ode l   pe r f or m a nc e   th r ough  s om e   of   th e   c ur ve s   w it h  di f f e r e nt   le ve ls   of   f lu c tu a ti on.  W e   obs e r ve   th a t  th e   pr opo s e d  c u r ve   w it h  a   hi ghe r   f lu c tu a ti on  in di c a te s   th a t  th e   m ode l  ha s   m or e   di f f ic ul ty   in   ge ne r a li z in g  th e   le a r ne d  f e a tu r e s   f r om   th e   di r ty   P la nt D oc s   da ta s e t  to   th e   c le a n e r   P la nt V il la ge  da ta s e t.  O ve r a ll , t he  us e  of  t he  P la nt D oc  da ta s e t  te nds  t o de c r e a s e  m ode l  pe r f or m a nc e , bot h w it h   th e  ba s e li ne  a nd t he  pr opo s e d m ode l.     N e ve r th e le s s ,  th e r e   is   s om e th in g  in tr ig ui ng  to   no te   in   th e   r e s ul ts   pr e s e nt e d  in   T a bl e   4.  W he n  th e   m ode l  is   tr a in e d  on  th e   P la nt D oc s   da ta s e t  a nd  te s te d  on  th e   P la nt V il la ge   da ta s e t,   it   s how s   a   s li ght   in c r e a s e   in   a c c ur a c y  of   13.9% .  S im il a r ly ,  tr a in in g  a nd  te s ti ng  th e   m ode l   on  th e   P la nt D oc   da ta s e t  r e s ul ts   in   a   gr e a te r   a c c ur a c y  in c r e a s e   of   27.08% ,  w hi c h  c a us e s   th e   m ode l' s   pe r f or m a nc e   to   a c hi e ve   a n  a c c ur a c y  of   62.50% .  T hi s   de m ons tr a te s   th a t  u s in g  Y O L O v5  c a n  a s s is t  in   im pr ovi ng  a c c u r a c y,  e ve n  th ough  th e   r e s ul ts   obt a in e d  a r e   not   ve r y hi gh.   W he n  tr a in e d  a nd  t e s te d  on   th e   f ie ld   da ta s e t  ( P la nt D oc s   da ta s e t ) ,  our   pr opos e d  a r c hi te c tu r e   a c hi e ve d  62.50%   a c c ur a c y.   W hi le   th is   va lu e   is n' t  ve r y   hi gh,  it   hi ghl ig ht s  Y O L O v5' s   s tr e ngt h  in   obj e c t  d e te c ti on  dur in g  pr e - pr oc e s s in g,  w hi c h  i s   ke y   f or   id e nt if yi ng  to m a to   pl a nt   le a f   di s e a s e s .   T hi s   unde r s c or e s   th e   im por ta nc e   of   us in g  r e a l - c ondi ti on  da ta s e ts   to   bui ld   r obus t  m ode ls .  H ow e ve r ,  it   is   ne c e s s a r y  to   be   a tt e nt iv e   to   pr e pa r in g  th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f   I nt e ll     I S S N :   2252 - 8938       R obus t  tw o - s ta ge  obj e c t  de te c ti on us in g Y O L O v 5 f o r  e nhanc in g  t om at o l e af   …   ( E ndang Sur y aw at i )   2253   da ta s e t  w e ll ,  w hi c h  ne e ds   s ys t e m a ti c   a na ly s is   of   f ie ld - s pe c if ic   da ta   va r ia ti ons   a nd  th e ir   in f lu e nc e   on  th e   m ode l' s  e r r or  r a te s .           F ig ur e  7. T r a in in g a c c ur a c y           F ig ur e  8. V a li da ti on  a c c ur a c y       T a bl e  4. M od e l  pe r f or m a nc e  w he n t r a in e d by  P la nt D oc s   d a ta s e t   T e s t i ng da t a   A c c ur a c y ( % )   A r c hi t e c t ur e   P l a nt V i l l a ge   12.59   ba s e l i ne   P l a nt V i l l a ge   26.49   pr opos e d   P l a nt D oc s   35.42   ba s a e l i ne   P l a nt D oc s   62.50   P r opos e d       M a ny  r e s e a r c he r s   in   th e   pr e vi ous   s tu dy  f oc us   on  a c hi e vi ng  hi gh  a c c ur a c y  us in g  c le a n  da ta s e ts   w it h  va r io us   C N N   a r c hi te c tu r e s ,  but   our   r e s ul t s   s ugge s t  th a t  popula r   C N N s   s tr uggl e   w it h  r e a l - c ondi ti on  da ta s e t s .  T o  ve r if y  th is ,  w e   te s te d  s e ve r a l  C N N s   on  th e   P la nt D oc s   da ta s e t,   s how in g  a   dr op  in   pe r f or m a nc e ,  a s   de ta il e d  in   T a bl e   5.  T he   P D   da ta s e t  e nc om pa s s e s   im a ge s   of   di s e a s e s   a nd  unw a nt e d  obj e c ts ,  boa s t s   a   w id e   r a nge   of   im a ge   s iz e s ,  a nd   m a y  in c lu de   m ul ti pl e   le a ve s   w it h  a   va r ie ty   of   ba c kgr ounds   a nd  li ght in g  c ondi ti on s .  T h e   c onvolut io na l  la ye r s   f in d  it   c ha ll e ngi ng  to   e xt r a c t  f e a tu r e s   f r om   th e   P D   da ta s e t,   w hi c h  f r e que nt ly   c ont a in s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :   2252 - 8938   I nt  J  A r ti f   I nt e ll , V ol .  14 , N o.  3 ,  J une   20 25 :  2246 - 2257   2254   ir r e le va nt   ba c kgr ound  or   noi s e .  T he r e f or e ,  th e   m ode l  ha s   di f f ic ul ty   di s ti ngui s hi ng  di s e a s e  s pot s   or   noi s e .  I t  is   ne c e s s a r y  to   a ppl y  a   r obus t  pr e - pr oc e s s in g  te c hni que   to   he lp   lo c a li z e   th e   de s ir e d  di s e a s e   s pot s   a nd  s e p a r a te   th e m   f r om   th e   noi s e   obj e c ts .  T o  im pr ove   th e   qua li ty   of   th e   noi s e   a nd  in c r e a s e   th e   a m ount   of   a r ti f ic ia l  da ta ,   w e  ne e d t o a ppl y t he  a ugm e nt a ti on t e c hni que . T hi s  w il l  a ll ow  u s  t o a da pt  t he  m ode l  to  doma in s  w it h di f f e r e n t   le ve ls   of   va r ia bi li ty   [ 35] .  F ur th e r ,  w e   c a n  be ne f it   f r om   Y O L O v5' s   c a pa bi li ty   in   va r io us   a ugm e nt a ti on  te c hni que s  due  t o i ts   e a s e  of  m odi f ic a ti on.       T a bl e  5. C om pa r is on of  pe r f or m a nc e  be twe e n our  pr opos e d a nd  ot he r  C N N   a r c hi te c tu r e s   A r c hi t e c t ur e   A c c ur a c y ( % )   R e s ne t - 50   41.07   D e ns e N e t - 121   43.57   M obi l e N e t - V3   33.13   E f f i c i e nt N e t - V2   43.48   I nc e pt i onR e s N e t - V2   32.71   I nc e pt i on - V3   35.42   O ur  pr opos e d   62.50       T o  de ve lo p  a   r obus t  c la s s if ic a ti on  m ode l,   w e   ne e d  to   tr a in   a nd  te s t  th e   m ode l  us in g  a   f ie ld   da ta s e t   w it h  hi gh  va r ia bi li ty   th a t  r e pr e s e nt s   th e   r e a l  e nvi r onm e nt ,  in c lu di ng  va r io us   im a ge   ba c kgr ounds   a nd  noi s e   [ 36] .  W e   ut il iz e d  th e   h ig hl y  va r ia bl e   P la nt D oc s   da ta s e t  f or   our   pr opos e d  a r c hi te c tu r e s   [ 37] ,  but   T a bl e   2   r e ve a ls   a n  im ba la nc e   in   th e   num be r   of   s a m pl e s   f or   e a c h  di s e a s e   ty pe .  C la s s   im ba la nc e   a r is e s   w he n  one   di s e a s e   c la s s   dom in a te s   th e   da ta s e t,   le a vi ng  ot he r   di s e a s e s   unde r r e pr e s e nt e d.  T hi s   im ba la nc e   m a k e s   th e   m ode l  di f f ic ul t  to   ge ne r a li z e   im por ta nt   f e a tu r e s   to   ne w   da ta ,  a s   it   le a r ns   ove r ly   s pe c if ic   pa tt e r ns   a nd  ig nor e s   m or e  ge ne r a l  one s .   F or   f ut ur e   w or k,  it   is   ne c e s s a r y  to   in c r e a s e   th e   a m ount   of   da ta   t o  e ns ur e   a   ba la n c e d  num be r   f or   e a c h  c la s s   w hi le   a l s o  e ns ur in g  ba la nc e d  va r ia bi li ty   [ 38] ,  [ 39] .  W e   a ls o  c ons id e r e d  c om bi ni ng  th e   di r ty   a nd  c le a n  da ta s e ts  t o a im  a t  a  ba la nc e d va r ia bi li ty  o f  t he  da ta s e t.  T he  us e  of  Y O L O  s ti ll  pr ovi de s  c onf id e nc e  a s  a  r obus t   pr e - pr oc e s s or .  Y O L O v5  s ig ni f ic a nt ly   a id s   th e   m ode l  in   f oc us i ng  on  th e   e xt r a c te d  f e a tu r e s .  H ow e ve r ,  th e   us e   of   ba c kgr ound  r e m ova l  te c hni que s   ne e d s   to   be   in vol ve d   to   im pr ove   da ta   qua li ty .  W it hout   r obus t    pr e - pr oc e s s in g,  th e   m ode l  ha s   di f f ic ul ty   e xt r a c ti ng  f oc u s e d  f e a tu r e s ,  r e s ul ti ng  in   de c r e a s e d a c c ur a c y   [ 36] .  F or   im pr ovi ng  th e   m ode l' s   a bi li ty   to   ge n e r a li z e   f e a tu r e s   be tw e e n  dom a in s   w it h  di f f e r e nt   va r ia bi li ty ,  it   is   ne c e s s a r y t o s e le c t  th e  r ig ht  doma in  a da pt a ti on t e c hni que  a nd r e gul a r iz a ti on t e c hni que . F ur th e r m or e , w e  m us t   e nha nc e   th e   hype r pa r a m e te r   v a lu e   s e tt in gs   f or   m ode l  tr a in in g,   in c lu di ng  le a r ni ng  r a te ,  opt im iz e r ,   a nd  ba t c h  s iz e , w hi le  a l s o i m pl e m e nt in g s ui ta bl e  r e gul a r iz a ti on t e c hni que s .       4.   C O N C L U S I O N   I n  th is   s tu dy,  w e   pr opos e   a   two - s ta ge   de te c ti on  a r c hi te c tu r e   f or   id e nt if yi ng   c la s s e s   of   in f e c te d  to m a to   pl a nt s .  I n  th e   pr e - pr oc e s s in g  s ta ge ,  w e   ut il iz e   Y O L O v5  to   de te c t  obj e c ts   w it hi n  th e   im a ge s .  T h e   de te c te d  obj e c ts   f r om   th e   P la nt D oc s   a nd  P la nt V il la ge   da ta s e t   a r e   th e n  c la s s if ie d  in to   known  c la s s e s   us in g  I nc e pt io n - V 3 m ode l.  O ur  e va lu a ti on of  t w o da ta s e ts  c onf ir m s  t ha t  our  pr opos e d a r c hi te c tu r e  i s   m or e  e f f e c ti ve   f or   di s e a s e d  to m a to   pl a nt   de te c ti on,  s pe c if ic a ll y  w he n   th e   c l a s s if ie r   m ode l  is   tr a in e d  a nd  te s te d  us in g  th e   P la nt D oc s   da ta s e t.   I n  th i s   c a s e ,   Y O L O v5  s uppor t  our   a r c hi te c t ur e   f or   de te c ti ng  r e gi ons   of   in te r e s t  ( R O I )   a nd  di s ti ngui s hi ng  im por ta nt   f e a tu r e s   f r om   th e   noi s e   w hi c h  a r e   pr e s e nt   in   th e   P la nt D oc s   d a ta s e t.   A lt hough  th e   e xpe r im e nt a l  r e s ul ts   s how   a   m ode r a te   a c c ur a c y  va lu e   ( 62.50  % ) ,  th is   r e s e a r c h  ha s   th e   pot e nt ia l  f or   f ut ur e   im pr ove m e nt .  W e   ne e d  to   pr e pa r e   th e   da ta s e t  w it h  ba la nc e d  v a r ia bi li ty   to   a c hi e ve d  a   m or e   r obus t  m ode l  f o r   de te c ti ng  di s e a s e d  to m a to   le a ve s .  O ur   hope   is   to   de ve lo p  a   m or e   a c c ur a te   m ode l  by  us in g  a   ba la nc e d  da ta s e t,   a   s ophi s ti c a te d  pr e - pr oc e s s or   li ke   Y O L O v5,  th e   a ppr opr ia te   r e gul a r iz a ti on  te c hni que s ,  a nd   th e   s ui ta bl e   dom a in  a da pt a ti on t e c hni que .       F U N D I N G  I N F O R M A T I O N   T hi s   r e s e a r c h   w a s   f unde d  by   R um a h   P r ogr a m   A r ti f ic ia l  I nt e ll ig e nc e ,  B ig   D a ta ,   da n   T e knol ogi   K om put a s i  unt uk  B io di ve r s it a s   da n   C it r a   S a te li t - E le c tr oni c s   a nd   I nf or m a ti c s   R e s e a r c h  O r ga ni z a ti on    ( O R E I ) - N a ti ona l  R e s e a r c h  a nd   I nnova ti on  A ge nc y  ( B R I N ) ,  C o nt r a c t  N um be r :  83/ I I I .6.4/ H K /2 023,  M a r c h  3,  2023,  in   c ol la bor a ti on  w it h  D e pa r tm e nt   of   S ta ti s ti c s ,  F a c ul ty   of   M a th e m a ti c s   a nd  N a tu r a l  S c ie nc e s   a t   P a dj a dj a r a n U ni ve r s it y.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f   I nt e ll     I S S N :   2252 - 8938       R obus t  tw o - s ta ge  obj e c t  de te c ti on us in g Y O L O v 5 f o r  e nhanc in g  t om at o l e af   …   ( E ndang Sur y aw at i )   2255   A U T H O R  C O N T R I B U T I O N S  S T A T E M E N T   T hi s   jo ur na l  us e s   th e   C ont r ib ut or   R ol e s   T a xonomy  ( C R e di T )   to   r e c ogni z e   in di vi dua l   a ut hor   c ont r ib ut io ns , r e duc e  a ut hor s hi p di s put e s ,  a nd f a c il it a te  c ol la bo r a ti on.     N am e  o f  A u t h or   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   E nda ng  S ur ya w a ti   ✓   ✓   ✓     ✓   ✓   ✓       ✓   ✓     ✓         S yi f a  A ul iy a h H a s a na h   ✓   ✓   ✓   ✓       ✓   ✓   ✓   ✓     ✓         R a de n S a ndr a  Y uw a na             ✓   ✓     ✓       ✓   ✓     ✓   ✓   J im m y A bde l  K a da r       ✓   ✓   ✓       ✓     ✓     ✓     ✓     H il m a n F e r di na ndus  P a r de de   ✓   ✓         ✓   ✓       ✓   ✓     ✓     ✓     C   :    C onc e pt ua l i z a t i on   M   :    M e t hodol ogy   So   :    So f t w a r e   Va   :    Va l i da t i on   Fo   :    Fo r m a l  a na l ys i s   I   :    I nve s t i ga t i on   R   :    R e s our c e s   D   :   D a t a  C ur a t i on   O   :   W r i t i ng  -   O r i gi na l  D r a f t   E   :   W r i t i ng  -   R e vi e w  &   E di t i ng   Vi   :    Vi s ua l i z a t i on   Su   :    Su pe r vi s i on   P   :    P r oj e c t   a dm i ni s t r a t i on   Fu   :    Fu ndi ng a c qui s i t i on         C O N F L I C T  O F  I N T E R E S T  S T A T E M E N T   A ut hor s  s ta te  no c onf li c t  of  i nt e r e s t.       D A T A  A V A I L A B I L I T Y   T he   da ta s e ts   us e d  in   th is   s tu dy  a r e   publ ic ly   a c c e s s ib le   a n d  w e r e   obt a in e d  f r om   ope n - s our c e   r e pos it or ie s ,  s pe c if ic a ll y:   -   T he   da ta   th a t  s uppor t  th e   f in di ngs   of   th is   s tu dy,  in   c onne c ti on  w it h  th e   c le a n  d a ta s e t  a r e   ope nl y  a v a il a bl e   in  [ P la nt V il la ge  da ta s e t]  a t  ht tp s :/ /g it hub.c om /s pM oha nt y/ P la nt V il la ge - D a ta s e t    -   T he   da ta   th a t  s uppor t  th e   f in di ngs   of   th is   s tu dy   th a t  r e la te d  t o  th e   di r ty   da ta s e t  a r e   ope nl y  a va il a bl e   in   [ P la nt D oc ]  a t  ht tp s :/ /g it hub.c om /p r a ti kka ya l/ P la nt D oc - D a ta s e t        R E F E R E N C E S   [ 1]   A .  A bba s   e t   al . ,  “ D r one s   i n  pl a nt   di s e a s e   a s s e s s m e nt ,  e f f i c i e nt   m oni t or i ng,  a nd  de t e c t i on:   a   w a y   f or w a r d  t o  s m a r t   a gr i c ul t ur e ,”   A gr onom y , vol . 13, no. 6, pp. 1 – 26, 2023, doi :  10.3390/ a gr onom y13061524.   [ 2]   M .  B ha nda r i ,  T .  B .  S ha hi ,  A .  N e upa ne ,  a nd  K .  B .  W a l s h,  “ B ot a ni c X - a i :   i de nt i f i c a t i on  of   t om a t o  l e a f   di s e a s e s   us i ng  a n   e xpl a na t i on - dr i ve n de e p - l e a r ni ng m ode l ,”   J our nal  of  I m agi ng , vol . 9, no. 2, 2023, doi :  10.3390/ j i m a gi ng9020053.   [ 3]   B .  S .  N a w a l e   a nd  H .  D .  G a da de ,  “ A   s ys t e m a t i c   r e vi e w :   de t e c t i ng  pl a nt   di s e a s e s   us i ng  m a c hi ne   l e a r ni ng  t e c hni que s ,”   i n  2023  11t h  I nt e r nat i onal   C onf e r e nc e   on  E m e r gi ng  T r e nd s   i n  E ngi ne e r i ng  &   T e c hnol ogy - S i gnal   and  I nf or m at i on  P r oc e s s i ng  ( I C E T E T   -   S I P ) ,  I E E E , 2023, pp. 1 – 5 , doi :  10.1109/ I C E T E T - S I P 58143.2023.10151590.   [ 4]   T .  S .  X i a n  a nd  R .   N ga di r a n,  “ P l a nt   di s e a s e s   c l a s s i f i c a t i on  us i ng  m a c hi ne   l e a r ni ng,”   J our nal   of   P hy s i c s :   C onf e r e n c e   Se r i e s ,    vol . 1962, no. 1, 2021, doi :  10.1088/ 1742 - 6596/ 1962/ 1/ 012024.   [ 5]   M .  W u,  J .  Z hou,  Y .  P e ng,  S .  W a ng,  a nd  Y .  Z ha ng,  “ D e e p  l e a r ni ng  f o r   i m a ge   c l a s s i f i c a t i on:   a   r e vi e w ,”   i n  P r oc e e di ngs   of   202 3   I nt e r nat i onal   C onf e r e nc e   on  M e di c al   I m agi ng  and   C om put e r - A i de d  D i agnos i s   ( M I C A D   2023 ) ,  2024,  pp.   352 – 362 ,    doi :  10.1007/ 978 - 981 - 97 - 1335 - 6_31.   [ 6]   W .  S .  M c C ul l oc h  a nd  W .  P i t t s ,  “ A   l ogi c a l   c a l c ul us   of   t he   i de a s   i m m a ne nt   i n  ne r vous   a c t i vi t y,”   T he   B ul l e t i n  of   M at he m at i c al   B i ophy s i c s , vol . 5, no. 4, pp.  115 – 133, 1943, doi :  10.1007/ B F 02478259.   [ 7]   M .  E l t a y,  A .  Z i dour i ,   a nd  I .   A hm a d,  “ E xpl o r i ng  de e p  l e a r ni ng   a ppr oa c he s   t o  r e c ogni z e   ha ndw r i t t e n  a r a bi c   t e xt s ,”   I E E E   A c c e s s ,  vol . 8, pp. 89882 – 89898, 2020, doi :  10.1109/ A C C E S S .2020.2994248.   [ 8]   Z .  Z ha ng  e t   al . ,  “ D e ns e   r e s i dua l   ne t w or k:   e nha nc i ng  gl oba l   de ns e   f e a t ur e   f l ow   f or   c ha r a c t e r   r e c ogni t i on,”   N e ur al   N e t w or k s ,    vol . 139, pp. 77 – 85, 2021, doi :  10.1016/ j .ne une t .2021.02.005.   [ 9]   K . N oda , Y . Y a m a guc hi ,  K . N a ka da i , H .  G . O kuno, a nd T . O ga t a ,  “ A udi o - vi s u a l  s pe e c h r e c ogni t i on u s i ng de e p l e a r ni ng,”   A ppl i e d   I nt e l l i ge nc e , vol . 42, no. 4, pp. 722 – 737, 2015, doi :  10.1007/ s 10489 - 014 - 0629 - 7.   [ 10]   A .  B .  N a s s i f ,  I .  S ha hi n,  I .  A t t i l i ,  M .  A z z e h,  a nd  K .  S ha a l a n,  “ S pe e c h  r e c ogni t i on  us i ng  de e p  ne ur a l   ne t w or ks :   a   s ys t e m a t i c   r e vi e w ,”   I E E E   A c c e s s , vol . 7, pp. 19143 – 19165, 2019, doi :  10.1109/ A C C E S S .2019.2896880.   [ 11]   X .  Z ha o,  L .  W a ng,  Y .  Z ha ng,  X .  H a n,  M .  D e ve c i ,  a nd  M .  P a r m a r ,   “ A   r e vi e w   of   c onvol ut i ona l   ne ur a l   ne t w or ks   i n   c om put e r   vi s i on,”   A r t i f i c i al  I nt e l l i ge nc e  R e v i e w , vol . 57, no. 4, 2024, doi :  10.1007/ s 10462 - 024 - 10721 - 6.   [ 12]   Y .  L i ,  “ R e s e a r c h  a nd  a ppl i c a t i on  of   de e p  l e a r ni ng  i n  i m a ge   r e c ogni t i on,”   i n  2 022  I E E E   2nd  I nt e r nat i onal   C onf e r e nc e   on  P ow e r ,   E l e c t r oni c s  and C om put e r  A ppl i c at i ons  ( I C P E C A ) ,  I E E E , 2022, pp. 994 – 999 , d oi :  10.1109/ I C P E C A 53709.2022.9718847.   [ 13]   P .  W a ng,  E .   F a n,  a nd  P .   W a ng,  “ C om pa r a t i ve   a na l ys i s   of   i m a ge   c l a s s i f i c a t i on  a l gor i t hm s   ba s e d  on  t r a di t i ona l   m a c hi ne   l e a r ni ng   a nd de e p l e a r ni ng,”   P at t e r n R e c ogni t i on L e t t e r s , vol . 141, pp. 61 – 67, 2021, doi :  10.1016/ j .pa t r e c .2020.07.042.   [ 14]   E . S ur ya w a t i , R . S us t i ka , R .  S . Y uw a n a , A . S ube kt i ,  a nd H . F . P a r de d e , “ D e e p  s t r uc t ur e d c onvol ut i ona l  ne ur a l  ne t w or k f or  t om a t o   di s e a s e s  de t e c t i on,”  i n  2018 I nt e r nat i onal  C onf e r e nc e  on A dv anc e d  C om put e r   Sc i e nc e  and I nf or m at i on Sy s t e m s  ( I C A C SI S) , I E E E ,  2018, pp. 385 – 390 , doi :  10.1109/ I C A C S I S .2018.8618169.   [ 15]   P .  S um a r i ,  A .  M .  K a s s i m ,  S .  Q .   O ng,  G .   N a i r ,  A .  D .   R a gh e e d,  a nd   N .  F .  A m i nuddi n,  “ C l a s s i f i c a t i on  of   j a c kf r ui t   a nd  c e m pe da k   us i ng  c onvol ut i ona l   ne ur a l   ne t w or k   a nd  t r a ns f e r   l e a r ni ng,”   I A E S   I nt e r nat i ona l   J our nal   of   A r t i f i c i al   I nt e l l i ge nc e ,  vol .  11,  no.   4,    pp. 1353 – 1361, 2022, doi :  10.11591/ i j a i .v11.i 4.pp1353 - 1361.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.