I AE S In t er na t io na l J o urna l o f   Art if icia l In t ellig ence   ( I J - AI )   Vo l.   14 ,   No .   3 ,  J u n e   2 0 2 5 ,   p p .   2547 ~ 2 5 5 8   I SS N:  2 2 5 2 - 8 9 3 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijai.v 14 .i 3 . p p 2 5 4 7 - 2 5 5 8          2547       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij a i . ia esco r e. co m   A   no v el   lig ht - wei g ht   co nv o lutiona l   neura l   net wo rk   for   rice   lea f   disea se   cla ss ificat io n       P a rt ha s a ra t hi   J a y a ra m a n 1, 2 ,   M uthula k s hm i   P a la niy a nd i 1   1 D e p a r t me n t   of   C o m p u t e r   S c i e n c e ,   F a c u l t y   of   S c i e n c e   a n d   H u ma n i t i e s,   S R M   I n st i t u t e   of   S c i e n c e   a n d   Te c h n o l o g y ,   K a t t a n k u l a t h u r ,   I n d i a   2 D e p a r t me n t   of   C o m p u t e r   S c i e n c e   a n d   A p p l i c a t i o n s ,   F a c u l t y   of   S c i e n c e   a n d   H u ma n i t i e s,   S R M   I n st i t u t e   of   S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y ,   V a d a p a l a n i ,   I n d i a       Art icle   I nfo     AB S T RAC T   A r ticle   his to r y:   R ec eiv ed   Ma r   2 7 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Feb   7 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   Ma r   1 5 ,   2 0 2 5       Rice   is   one   of   th e   p rima ry   so u rc e s   of   sta p le   m e a ls.   It   may   tu rn   o u t   to   be   a   d isa ste r   as   th e   p ro d u c ti o n   of   a g r icu lt u ra l   p r o d u c ts   is   d e c li n e d   due   to   d ise a se s   a n d   th e re fo re   it   is   re q u ired   to   stra i g h ten   up   th e   situ a ti o n   by   tak i n g   p re c a u ti o n a r y   m e a su re s.   G e n e r a ll y ,   d e e p   lea rn in g   (DL)   a rc h it e c tu re s   a re   e m p lo y e d   f o r   t h e   id e n ti f ica ti o n   of   p lan t   lea f   d ise a se s   a n d   it   is   o b s e rv e d   th a t   th e re   is   a   trad e - o ff   b e twe e n   th e   a c c u ra c y   a n d   p a ra m e ters .   Th is   stu d y   in tro d u c e s   a   li g h t - we i g h t   a rc h it e c tu re   c a ll e d   rice   lea f   d ise a se   c la ss ifi c a ti o n   c o n v o lu ti o n a l   n e u ra l   n e two r k   (R LDC - CNN ).   Th e   o b jec ti v e   of   t h e   p ro p o se d   a rc h it e c tu re   is   to   imp ro v e   t h e   a c c u ra c y   a n d   re d u c e   th e   lo ss   by   u sin g   a   c o m b in a ti o n   of   c o n v o lu ti o n a l   lay e rs,   m a x p o o li n g   lay e rs,   a n d   f u ll y   c o n n e c ted   lay e rs.   T h e se   lay e rs   u se   a c ti v a ti o n   fu n c ti o n   f o r   n o n - li n e a rit y ,   d r o p o u t   fo r   re g u lariz a ti o n   a n d   imp lem e n ts   h y p e rp a ra m e ter   tu n i n g   wit h   v a rio u s   o p ti m ize rs   th a t   i n c lu d e   Ad a m ,   R M S p r o p ,   st o c h a stic   g ra d ien t   d e sc e n t   (S G D)   a n d   a d a p ti v e   g ra d ien t   ( Ad a G ra d ) .   Ex p e rime n ts   a re   c o n d u c ted   on   t h e   d a tas e t   of   7 , 0 9 6   ima g e s   with   b a tch   siz e   of   32   u n d e r   v a rio u s   lea rn in g   ra tes .   Th e   b e h a v i o r   is   a n a l y z e d   by   c o m p a r in g   th e   e x isti n g   m o d e ls   a n d   th e   c o u n t   of   p a ra m e ters   (in   m il li o n s)   e q u ip p e d   by   RLDC - CNN ,   De n se Ne t1 2 1 ,   VGG - 16,   a n d   Re sN e t5 0   is   0 . 6 5 ,   8 . 4 9 ,   1 5 . 4 4 ,   2 6 . 4 9   with   a c c u ra c y   of   9 9 . 1 5 % ,   9 8 . 9 4 % ,   9 7 . 8 2 % ,   9 6 . 4 8 %   re sp e c ti v e ly .   K ey w o r d s :   Ad am   o p tim izer     C o n v o lu tio n al   n eu r al   n etwo r k   Deep   lear n in g   R ice   leaf   d is ea s e   T r an s f er   lear n i n g   T h is   is   an   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r   th e   CC   BY - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Mu th u lak s h m i   Palan iy an d i   Dep ar tm en t   of   C o m p u ter   Scie n ce ,   Facu lty   of   Scien ce   an d   H u m an ities   SR M   I n s titu te   of   Scien ce   an d   T ec h n o lo g y   Kattan k u lath u r ,   C h e n n ai,   T am iln ad u ,   6 0 3 2 0 3 ,   I n d ia   E m ail:   m u th u lap @ s r m is t.e d u . i n       1.   I NT RO D UCT I O N   In   th e   m o d er n   s p h er e   of   ag r i cu ltu r e,   th e   p r im ar y   f o c u s   h a s   s h if ted   to war d s   t h e   cr itical   is s u es   of   en s u r in g   f o o d   s ec u r ity   an d   o p t im izin g   th e   cr o p   y ield s .   R ice   cr o p s ,   a   d ietar y   s tap le   f o r   a   s u b s tan tial   p o r tio n   of   th e   g lo b al   p o p u latio n ,   ar e   c o n s tan tly   u n d er   th e   l o o m in g   th r e at   of   v ar io u s   d is ea s es   th at   ar e   p o ten tial   to   im p air   b o th   th e   q u an tity   an d   q u ality   of   y ield s .   T h e   s y m p t o m s   an d   in d icatio n s   in d u ce d   by   th e   p at h o g en s   ar e   u tili ze d   f o r   th e   p u r p o s e   of   i d en tify in g   an d   ca teg o r izin g   th e   d is ea s es   t h at   af f ec t   th e   r ice   cr o p s .   Gen er ally ,   th ese   p ath o g e n s   ar e   f u n g i   an d   v ir u s es,   th at   in d u ce   th e   illn ess es   s u ch   as   b ac ter ial   b lig h t,   b last ,   b r o wn   s p o t,   an d   tu n g r o .   Mo s tly ,   th ese   d is ea s es   im p ac t   th e   f o liag e   of   th e   r ice   p lan t.   T h e   im ag es   r ep r esen tin g   th e   p ath o g en s   a r e   s h o wn   in   Fig u r e   1.   Fig u r e   1 ( a)   illu s tr ates   b ac ter ial   b lig h t,   a   p r e v alen t   d is ea s e   in   r ice.   T h e   d is ea s e   m an if ests   as   ch lo r o s is   of   f o liag e   or   d esiccatio n   of   s ee d s .   Fig u r e   1 ( b )   illu s tr ates   th e   o cc u r r e n ce   of   a   b last ,   wh ich   is   a   r esu lt   of   f u n g al   i n f ec tio n .   T h e   en tire   lea f   ex h ib its   a   ch ar r e d   lo o k ,   r esu ltin g   in   a   d ec lin e   in   g r ai n   q u ality .   T h e   f u n g al   s p o t,   also   k n o wn   as   b r o wn   s p o t,   is   d e p icted   in   Fig u r e   1 ( c) .   It   in itially   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,   Vo l.  14 ,   No .   3 ,  J u n e  2 0 2 5 :  2 5 4 7 - 2 5 5 8   2548   ap p ea r s   as   a   b r o wn   dot   a n d   th en   tak es   on   a   c y lin d r ical   or   cir cu lar   s h ap e.   In   s ev er e   s itu ati o n s ,   it   can   af f ec t   up   to   50%   of   th e   y ield .   Fig u r e   1 ( d )   d e p icts   tu n g r o ,   a   d is ea s e   ca u s ed   by   th e   p r esen ce   of   t wo   d is tin ct   v ir u s es.   T u n g r o   illn ess   m an if ests   as   s t u n ted   g r o wth   an d   d ec r ea s ed   g r ain   p r o d u ctio n .               ( a)   ( b )   ( c)   ( d )     Fig u r e  1 .   I n f ec ted   r ice  leav es ( a)   b ac ter ial  b lig h t,   ( b )   b last ,   ( c )   b r o wn   s p o t ,   an d   ( d )   tu n g r o       T h e  m an u al  i d en tific atio n   o f   th ese  d is ea s es  p o s es  s ig n if ican t  ch allen g es  an d   r eq u ir es  a  s u b s tan tial   am o u n t o f   tim e.   T h e  im p o r tan ce   o f   s wif tly   an d   ac cu r ately   id en tify in g   th ese  d is ea s es c an n o t b e  o v er s tated   as it  is   v ital  f o r   th e  tim ely   d ep lo y m en t  o f   ef f ec tiv e  s tr ateg ies  to   s af eg u ar d   ag r icu ltu r al  p r o d u c tiv ity   an d   ec o n o m ic  s tab ilit y   [ 1 ] .   C u r r en tly ,   s ev er al  ar tific ial  in tellig en ce   ( AI )   ap p r o ac h es  ar e  u s ed   to   d etec t  an d   class if y   cr o p   d is ea s e  in clu d in g   k - n ea r est  n e ig h b o r s   ( k NN) ,   d ec is io n   tr ee   ( DT ) ,   s u p p o r t   v ec to r   m ac h i n e  ( SVM)   [ 2 ] ,   lo g is tic  r eg r ess io n ,   an d   co n v o lu tio n al  n eu r al  n etwo r k s   ( C NN)   [ 3 ] ,   [ 4 ] .   Am o n g   s ev e r al   AI   a p p r o ac h es,   C NN   is   th e   m o s t   k n o wn   an d   wid el y   ap p lied   m eth o d   f o r   im ag e   an aly s is   in   ag r icu ltu r al   r esear ch   [ 5 ] ,   [ 6 ] .   C NNs   ar e   a   ty p e   of   d ee p ,   f ee d - f o r war d   ar tific i al  n eu r al  n etwo r k s   ( ANN)   th at   h as   g ain ed   s ig n if ican t   p r o m in e n ce   in   th e   f iel d   of   co m p u ter   v is io n   ( C V)   an d   its   ap p licatio n s     [ 7 ] ,   [ 8 ] .   It   is   f o u n d   th at   th ese   t ec h n o lo g ies   can   q u ick ly   lear n   co m p lex   p r o b lem s   b ec au s e   of   th e   ab ilit y   to   s h a r e   weig h ts   an d   k n o wn   f o r   e n co u r ag in g   s ca lab ilit y   an d   m ass iv e   p ar alleliza tio n   [ 9 ] ,   [ 1 0 ] .   T h e   m ain   ad v an tag e   of   th e   C NN   m o d el   is   its   o r d er e d   s tr u ctu r e   an d   h u g e   lear n in g   ca p ac ity   th at   w h ich   m a y   s o lv e   c o m p lex   ch allen g es   with   f lex ib ilit y   an d   ad ap tab ilit y   [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ] .   T h o u g h   th e   m o d els   of   tr an s f er   lear n in g   (TL)   h av e   p r o v e d   th eir   lear n in g   ab ilit ies   on   lar g er   d atasets ,   it   is   f o u n d   f r o m   th o s e   m o d els   th at   ar e   p r o p o s ed   in   r ec e n t   p ast   ar e   ca p ab le   of   lear n in g   f r o m   s m aller   d at asets   [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ] .   In   co n tr ast,   tr ain in g   r eq u ir e m en ts   f o r   C NN   co u ld   be   more   p r ac tical   wh en   co n s id er in g   s c alab ilit y   is s u es   th at   f o cu s   on   tim e   [ 1 5 ] ,   [ 1 6 ] .   C NN   can   in cr ea s e   th e   lik elih o o d   of   ac cu r ate   class if icatio n ;   wh en   e x ten s iv e   d atasets   ar e   p r o v i d ed   to   d escr ib e   th e   p r o b lem   [ 1 7 ] ,   [ 1 8 ] .   Du r in g   th e   s u r v ey ,   it   is   s ee n   th at   m an y   r esear ch er s   h av e   em p lo y ed   d iv er s e   d ee p   lear n in g   ( DL )   alg o r ith m s   to   d etec t   d is ea s es   in   r ice   p la n ts .   R ah m an   et   al .   [ 1 9 ]   p r o p o s ed   an   a r ch itectu r e   th at   ad d r ess es   th e   in ter class   v ar iatio n   p er tain in g   to   v ar io u s   s tag es   of   s p ec if ic   d i s ea s e.   T h e   ex p er im en t   u s es   1 , 426   im ag es   of   r ice   p lan t   an d   r esu lts   in   an   ac cu r a cy   of   9 4 . 3 3 %   with   p ar a m eter   co u n t   of   0 . 8   m illi o n .   Kr is h n a m o o r th y   et   a l.   [ 2 0 ]   p r o p o s es   a   m o d el   ex clu s iv ely   f o r   th e   class if icatio n   of   r ice   l ea f   d is ea s es,   th at   ad d r ess es   ef f ec tiv ely   v an is h in g   g r ad ien t   a n d   d eter io r atio n .   Al s o ,   th e   m eth o d   in co r p o r ates   g lo b al  av er a g e  p o o lin g   to   d ec r ea s e   th e   p ar am ete r   co u n t.   T h e   m o d el   u s es   5 , 2 0 0   i m ag es   an d   th e   ac c u r ac y   r ate   is   f o u n d   to   be   9 5 . 6 7 %.   Seth y   et   a l.   [ 2 1 ]   co n d u cted   an   ex p er im en t   u s in g   11   d is tin ct   C NN   m o d els   u s in g   TL   a p p r o ac h .   T h e   d ataset   co n s is ts   of   5 , 932   im a g es   th at   r ep r esen t   f o u r   d if f e r en t   ty p es   of   illn ess es   af f ec tin g   r ice   leav es.   T h e   p er f o r m an ce   of   one   of   th e   11   m o d els   th at   im p lem en ts   R esN et5 0   an d   SVM   is   f o u n d   to   be   good   with   F1 - s co r e   of   9 8 . 9 8 %.   Ho wev er ,   it   is   o b s er v ed   th at   th e   u tili za tio n   of   TL   am p lifie s   th e   in tr ic ac y   of   th e   m o d el.     Deb   et   a l.   [ 2 2 ]   d ep lo y ed   f i v e   d is t in ct   TL   m o d els   to   a n a ly ze   a   c o l lec ti o n   of   7 , 096   im a g es   of   r ic e   le a v es ,   ea ch   r e p r ese n t in g   o n e   of   f i v e   d if f e r en t   ill n ess   g r o u p s .   T h e   m o d els   e m p l o y e d   in   t h e   s t u d y   i n cl u d e   A le x Ne t,   V GG - 16,   R esNet - 18,   Mo b ileNet - V2 ,   a n d   I n ce p tio n V3 .   T h e   p er f o r m an ce   of   I n ce p tio n V3   d em o n s t r ates   its   ef f icien cy   with   an   ac cu r ac y   r ate   of   9 6 . 2 3 %.   Saleem   et   a l.   [ 2 3 ]   p r esen t   an   ap p r o ac h   th at   u s es   m u ta n t  p a r ticle  s war m   o p tim izatio n   ( MU T - PS O)   to   d etec t   r ice   leaf   d is ea s es   to   id en tify   th e   m o s t   o p tim al   C NN   ar ch itectu r e.   In   t h is   s tu d y ,   two   d atasets   th at   co n s is ts   of   f o u r   class es   each   ass es s   an d   o b s er v ed   an   a v er ag e   ac cu r ac y   of   9 6 . 6 2 %.   C h en   et   a l.   [ 2 4 ]   p r o p o s ed   a   lig h tweig h t   in ce p tio n   n etwo r k   f o r   th e   class if icatio n   of   r ice   leaf   d is ea s es,   wh ich   i n co r p o r ates   th e   Mo b ileNet   ar ch itectu r e.   T h e   s tu d y   u s es   a   d ataset   co n s is t s   of   12   d is tin ct   class es   an d   ex p er im en t   o u tco m es   r esu lts   with   an   ac cu r ac y   of   9 7 . 8 9 %.   J o s h i   et   a l.   [ 2 5 ]   in tr o d u ce d   a   C NN   f r a m ewo r k   d esig n ed   s p ec if ically   f o r   r ice   leaf   im ag es.   T h e   ar ch itectu r e   in v o lv es   a   s er ies   of   co n v o lu tio n al   lay er s   th at   ar e   u tili ze d   to   id en tify   an d   class if y   leaf   co n d itio n s   an d   f o u n d   t h at   th e   m o d el   ca m e   up   with   an   ac cu r a cy   of   9 3 . 7 5 %.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       A   n o ve l lig h t - w eig h t c o n vo l u tio n a l n e u r a l n etw o r k  fo r   r ice  lea f d is ea s e  …  ( P a r th a s a r a th i  Ja ya r a ma n )   2549   B ased   on   th e   liter atu r e   s u r v ey ,   it   is   f o u n d   th at   th e   ex is tin g   wo r k s   ar e   to   d etec t   th e   d is ea s es   in   r ice   leaf   h av e   u s ed   TL   an d   tailo r ed   C NN   ar ch itectu r es.   T y p ically ,   TL   ar ch itectu r es   em p lo y   a   lar g e   n u m b er   of   p ar am eter s   an d   y ield   h ig h   lev els   of   ac cu r ac y   [ 2 6 ] .   Ho wev er ,   th e   u tili za tio n   of   b esp o k e   ar c h itectu r es   r esu lts   in   a   r ed u ctio n   of   p ar a m eter s ,   alb eit   at   th e   ex p e n s e   of   ac cu r ac y   [ 2 7 ] .   T h e r e   is   a   s co p e   to   cr ea t e   a   C NN   m o d el   th at   en h an ce s   th e   ac c u r ac y   p r o v id e d   by   TL   m o d els   wh ile   m in im izin g   th e   n u m b er   of   p ar am eter s .   T h is   r ed u ctio n   in   p ar am eter s   lead s   to   less   tim e   co m p lex ity   of   th e   m o d el.   T h e   p r o p o s ed   wo r k   aim s   to   cr ea te   a   C NN   ar ch itectu r e   by   co m b in in g   d o m ain   e x p er tis e,   m o d e r n   n eu r al   n etwo r k   a r ch itectu r es,   an d   th e   wea lth   of   k n o wled g e   en co d e d   ex is tin g   m o d els.   T h e   ar ch itectu r e   m ay   d is tin g u is h   b etwe en   th e   v ar io u s   d is ea s e   m an if estatio n s   th at   af f ec t   r ice   c r o p s ,   t h at   in clu d es   b ac ter ial   b lig h t ,   b last ,   b r o wn   s p o t,   a n d   tu n g r o .   T h e   s ig n if ican t   c o n tr ib u tio n s   of   th e   p r o p o s ed   s tu d y   in clu d e ,   i)   t he   d ev elo p m en t   of   a   s p ec ialized   C NN   ar ch itectu r e   k n o wn   as   r ice  leaf   d is ea s e  clas s if icatio n   ( R L DC ) - C NN   with   f ewe r   p ar am eter s .   ii)   t he   f ea tu r e   ex tr ac tio n   p r o ce s s   f r o m   th e   i n p u t   im ag e   th at   u tili ze s   a   s er ie s   of   co n v o lu tio n al   lay er s ,   m ax   pool   lay er s ,   a n d   ac tiv atio n   f u n ctio n s   at   v ar io u s   s tag es   to   in tr o d u ce   n o n - lin e ar   b eh a v io r .   iii)   t he   m o d el   u s es   Ad am ,   R MSp r o p ,   SGD   an d   ad ap tiv e  g r ad ie n t  ( Ad ag r ad )   o p tim izer s   an d   co m p ar ed   th e   lev el   of   o p tim izatio n .   iv )   t he   e v alu atio n   of   th e   m o d el   u s es   ac cu r ac y ,   p r ec is io n ,   r ec all   an d   F1 - Sco r e.   v )   t he   r esu lts   ar e   co m p ar ed   with   th e   s tate - of - th e - ar t  ( SOTA )   m o d els.   T h e   s u b s eq u en t   s ec tio n s   of   th is   wo r k   a r e   o r g an ize d   as   f o llo ws,   s ec tio n   2   p r o v id es   a   co m p r eh en s iv e   an aly s is   of   th e   d ataset   u s ed   f o r   tr ain in g   an d   ev alu atio n .   T h e   s im u latio n   f in d in g s   ar e   ex p l ain ed   in   s ec tio n   3.   Sectio n   4   f o cu s es   on   th e   c o n c lu s io n ,   wh er e   th e   s u m m ar y   of   th e   w o r k   an d   p r o s p ec tiv e   d ir ec tio n s   f o r   f u r th er   r esear ch   ar e   s u g g ested .       2.   M E T H O D   T h is   s ec tio n   o u tlin es   th e   s e q u en tial   p r o ce d u r es   in v o lv e d   in   th e   p r o p o s ed   m eth o d o lo g y .   T h e   p r o ce d u r e   co m m en ce s   with   g ath er in g   th e   d ataset,   wh ich   is   s u b s eq u en tly   s u b jecte d   to   d ata   p r e - p r o ce s s in g .   T h is   en tails   d o in g   o p e r atio n s   s u ch   as   ad ju s tin g   th e   s ize,   en h an cin g ,   an d   s tan d ar d izin g   th e   im ag es.   Su b s eq u en tly ,   an   R L DC - C N N   m o d el   is   em p lo y e d   to   e x tr ac t   f ea tu r es   f r o m   th e   d at a.   Hy p er - p ar am eter   o p tim izatio n   in v o lv es   a d ju s tin g   th e   v alu es   of   th e   ep o ch   c o u n t,   lear n in g   r ate,   an d   o p tim ize r s .   Ultim ately ,   th e   d is ea s es   ar e   ca teg o r ized   ac co r d in g   to   th e   r etr iev e d   ch a r ac ter is tics .   T h e   p r o p o s ed   m eth o d o lo g y   co n s is ts   of   th r ee   s ec tio n s   n am ely ,   i)   d ata   p r e p ar atio n   an d   p r e - p r o ce s s in g ;   ii)   f ea tu r e   ex t r ac tio n ;   a n d   iii)   h y p er p ar am eter   o p tim izatio n .   T h e   wo r k f lo w   of   th e   p r o p o s ed   w o r k   is   s h o wn   in   Fig u r e   2.           Fig u r e   2.   W o r k f lo w   of   th e   p r o p o s ed   m eth o d o lo g y         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,   Vo l.  14 ,   No .   3 ,  J u n e  2 0 2 5 :  2 5 4 7 - 2 5 5 8   2550   2 . 1 .     Da t a   prepa ra t i o n   a nd   prepro ce s s ing   T h e   s tu d y   u s es   d ataset   cu r ated   f r o m   b e n ch m a r k ed   Me n d eley   an d   Kag g le   r ep o s ito r y   [ 2 8 ] ,   [ 2 9 ] .     It   en co m p ass es   a   co llectio n   of   7 , 0 9 6   r ice   leaf   im ag es   th at   s h o ws   th e   p r esen ce   of   d is ea s es   th at   m ay   be   class if ied   ac r o s s   f o u r   class es   n am ely ,   i)   b ac ter ial   b lig h t;   ii)   b last ;   iii)   b r o wn   s p o t;   a n d   iv )   tu n g r o .   Als o ,   th e   d ataset   is   in clu d ed   with   im ag es   of   h ea lth y   leav es.   T h e   d ataset   co m p r is es   of   im ag es   of   p l an ts   th at   ar e   g r o wn   u n d er   d if f er e n t   en v ir o n m e n tal   co n d itio n s ,   g r o wth   s tag es,   an d   d is ea s e   s ev er ities .   T h e   im ag es   ar e   c o n v e r ted   to   th e   s ize   to   f it   th e   r eq u ir e m e n t   of   th e   DL   p ip elin e.   A   s er i es   of   p r e - p r o ce s s in g   s tep s   ar e   tak e n   to   s tan d ar d ize   an d   s tab ilize   th e   s u itab ilit y   of   t h e   d atase t   f o r   tr ai n in g   an d   ev alu atio n .   T h e   s ize   of   th e   i m ag es   is   r esized   to   2 2 4 × 2 2 4   p ix els   f r o m   th eir   o r ig i n al   s ize   of   300 × 300   p ix els.   T h e   u s e   of   d ata   n o r m aliza tio n   en s u r es   th at   each   p ix el   v alu e   s h o u ld   be   in   th e   r an g e   b etwe en   0   an d   1,   wh ic h   lead s   to   q u ick   c o n v e r g en ce .   T h e   p r e - p r o ce s s ed   d ataset   is   d iv id ed   in to   two   ca teg o r ies   n am ely ,   i)   th e   d ataset   f o r   tr ain in g   an d   ii)   th e   d ataset   f o r   test in g .   Am o n g   th e   7 , 096   i m ag es   co n s id er ed   f o r   co n d u cti n g   th e   ex p e r im en t,   80%   of   th e   im a g es   ar e   u s ed   f o r   tr ain in g   a n d   t h e   r em ai n in g   20%   im a g es   ar e   u s ed   f o r   test in g .   C o n s eq u e n tly ,   th e   d ataset   is   b alan ce d ,   as   th e   7 , 096   im a g es   ar e   d is tr ib u te d   n ea r ly   eq u itab ly   am o n g   th e   f iv e   class es .   T h e   d is tr ib u tio n   of   tr ain   an d   test   im ag es   is   illu s tr ated   in   Fig u r e   3.           Fig u r e   3.   R ice   leaf   d is ea s e   d at aset   d escr ip tio n       2 . 2 .     F e a t ure   ex t r a ct io n   T h e   f ea tu r e   e x tr ac tio n   p r o ce d u r e   ac ce p ts   p r e - p r o ce s s ed   d at a   as   in p u t   an d   co n v er ts   th e   r a w   d ata   in to   n u m er ical   f ea tu r es,   wh ile   m ai n tain in g   t h e   in f o r m atio n   f r o m   th e   o r ig in al   d ata   s et.   T h e   R L DC - C NN   m o d el   is   co m p o s ed   of   m u ltip le   lay e r s   th at   ar e   u s ed   to   e x tr ac t   f ea tu r es.   T h ey   ar e   i)   co n v o lu tio n a l   lay er ;   ii)   p o o lin g   lay er ;   iii)   ac tiv atio n   f u n ctio n ;   i v )   d r o p o u ts ;   v)   f latten   lay er ;   a n d   v i)   f u lly   co n n ec ted   ( FC )   lay er   an d   is   s h o wn   in   Fig u r e   4.           Fig u r e   4 .   T h e   p r o p o s ed   R L DC - C NN   ar ch itectu r e     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       A   n o ve l lig h t - w eig h t c o n vo l u tio n a l n e u r a l n etw o r k  fo r   r ice  lea f d is ea s e  …  ( P a r th a s a r a th i  Ja ya r a ma n )   2551   T h e   p r o p o s ed   R L DC - C NN   ar ch itectu r e   co n s is ts   of   an   in p u t   lay er ,   13   f ea tu r e   ex tr ac tio n   l ay er s   th at   in clu d es   5   co n v o lu tio n al   lay e r s ,   5   m ax p o o lin g   lay er ,   1   f latten   lay er ,   an d   2   FC   lay er s .   T h e   wo r k f lo w   s tar ts   with   th e   in p u t   lay er   f o llo wed   by   th e   alter n ativ e   ar r an g e m en t   of   c o n v o lu tio n al   lay e r   an d   m ax p o o lin g   lay er   an d   th en   co n tin u es   with   th e   f latten   lay er s   to   r ea ch   out   th e   last   two   d en s e   FC   lay er s   th at   p r o ce ed   to   th e   class if icatio n   of   im ag es,   th e   o u tp u t.   T h e   tr ain in g   p r o ce s s   b eg in s   with   tak in g   in   th e   in p u t   im ag e   an d   th en   p r o ce s s ed   th r o u g h   a   co n v o lu t io n al   lay er   th at   c o n s is ts   of   16   k er n els,   each   of   s ize   (3 × 3 ) .   T h e   co n v o lu tio n   p r o ce d u r e   g en er ates   16   f ea t u r e   m ap s ,   each   of   d im e n s io n s   ( 2 2 2 × 2 2 2 ) .   T h ese   f e atu r e   m ap s   ar e   s u b s eq u en tl y   p ass es   on   to   th e   m ax p o o lin g   l ay er   th at   ex tr ac t   th e   v ital   f ea tu r es   an d   r e d u ce s   th e   im ag e   d im en s io n s   to   th e   s ize   ( 1 1 1 × 1 1 1 ) .   T h e   p r o ce s s   is   r ep ea ted   by   p ass in g   th e   g e n er ated   f ea tu r e   m a p s   to   th e   n ex t   s u b s eq u en t   co n v o l u tio n   lay er s   co n tain in g   32,   64,   1 2 8   k er n els   th at   ar e   ac co m p an ie d   by   m ax p o o lin g   lay er .   In   o r d e r   to   en co u r ag e   non - lin ea r ity ,   th e   r ec tifie d   lin ea r   u n i t   ( R eL U)   ac tiv atio n   f u n ctio n   is   u s ed   in   co m b in atio n   with   all   c o n v o lu t io n   o p er atio n s .   To   m itig ate   o v er f itti n g ,   th e   p r o p o s ed   wo r k   u s ed   a   d r o p o u t   lay e r   with   th e   r ate   of   0 . 2   an d   th e   s a m e   is   im p lem en ted   a f ter   th e   f o u r th   c o n v o lu tio n   o p er atio n .   T h is   lay er   r an d o m ly   d ea ctiv ates   a   f r ac tio n   of   n eu r o n s   d u r in g   each   tr ai n in g   iter at io n   an d   t h er ef o r e   an   im p r o v e m en t   in   th e   m o d el' s   r esil ien ce   s h all   be   o b s er v ed .   T h e   p r o ce s s   co n tin u es   with   th e   f latten   lay er   th at   c o n v e r ts   th e   co m b in e d   f ea tu r e   m ap s   th at   ar e   o b tain ed   ac r o s s   th e   lay er s   to   f o r m   a   s in g le - d i m en s io n al   v ec to r   of   s ize   3 , 2 0 0 .   T h e   v ec to r   is   f ed   as   in p u t   to   th e   FC   lay er ,   wh ic h   is   r esp o n s ib le   f o r   c o m b i n in g   th e   lo w - lev el   f ea tu r es   th at   a r e   lear n e d   f r o m   th e   co n v o l u tio n al   lay er s   in   o r d e r   to   f o r m   th e   h ig h - lev el   f ea tu r e   m ap s .   In   th is   s tu d y ,   th e   f ir s t   FC   lay er   is   co n f ig u r ed   with   128   n eu r o n s   wh ich   is   f o llo wed   by   an   o u tp u t   FC   lay er   with   5   n eu r o n s   t h at   is   eq u iv alen t   to   ca teg o r ies   of   d is ea s es   to   be   class if ied .   T h e   So f tMa x   ac tiv atio n   f u n cti o n   is   f o llo wed   by   th e   o u tp u t   lay er   th at   g iv es   th e   p r o b ab ilis tic   o u tco m e   th at   m ay   f it   th e   r ice   leaf   d is e ase   in   one   of   th e   5   class es.   T a b le   1   r ep r esen ts   th e   co n f ig u r atio n   s u m m ar y   of   R L DC - C NN   m o d el   th at   p r o v i d e s   an   o v er v iew   of   th e   ar c h itectu r e.   T h e   s u m m ar y   in clu d es   th e   d etails   of   th e   lay er s   th at   d eter m in es   th e   o u tp u t   s h ap e   an d   th e   n u m b er   of   p ar am eter s   u s ed   ac r o s s   lay er s .       T ab le   1.   R L DC - C NN   co n f ig u r atio n   s u m m ar y   La y e r   O u t p u t   s h a p e   P a r a me t e r s   C o n v 2 D   ( N o n e , 2 2 2 , 2 2 2 , 1 6 )   4 4 8   M a x p o o l 2 D   ( N o n e , 1 1 1 , 1 1 1 , 1 6 )   0   C o n v 2 D   ( N o n e , 1 0 9 , 1 0 9 , 3 2 )   4 , 6 4 0   M a x p o o l 2 D   ( N o n e , 5 4 , 5 4 , 3 2 )   0   C o n v 2 D   ( N o n e , 5 2 , 5 2 , 6 4 )   18 , 496   M a x p o o l 2 D   ( N o n e , 2 6 , 2 6 , 6 4 )   0   C o n v 2 D   ( N o n e , 2 4 , 2 4 , 1 2 8 )   73 , 856   M a x p o o l 2 D   ( N o n e , 1 2 , 1 2 , 1 2 8 )   0   D r o p o u t   ( N o n e , 1 2 , 1 2 , 1 2 8 )   0   C o n v 2 D   ( N o n e , 1 0 , 1 0 , 1 2 8 )   1 4 7 , 5 8 4   M a x p o o l 2 D   ( N o n e , 5 , 5 , 1 2 8 )   0   F l a t t e n   ( N o n e , 3 2 0 0 )   0   D e n se   ( N o n e , 1 2 8 )   4 0 9 , 7 2 8   D e n se   ( N o n e , 5 )   6 4 5   A c t i v a t i o n   ( N o n e , 5 )   0   To t a l   P a r a m e t e r s   6 5 5 , 3 9 7       2 . 3 .     H y perpa ra m e t er   o ptim i za t io n   T h is   s ec tio n   p r esen ts   th e   o p ti m izatio n   tech n iq u e   th at   is   im p lem en ted   in   th e   p r o p o s ed   m o d el.   T h e   o b jectiv e   f u n ctio n   can   be   r ep r esen ted   as   θ   th at   m a x im izes   th e   ac cu r ac y   an d   m in im izes   th e   l o s s .   T h e   o b jectiv e   f u n ctio n   can   be   d ef in e d   u s in g   th e   p ar am eter s   th at   in clu d e   ‘D - T r ain ’ ,   ‘ n ’ ,   ‘ M/k ’ ,   wh er e   D - T r ain   r ep r esen ts   th e   n u m b er   of   tr ain in g   im ag es,   ‘ n ’   s tan d s   f o r   n u m b er   of   ep o c h s   an d   ‘ M/k ’   is   th e   r atio   f o r   ev e r y   b atch   ‘ k ’   of   s ize   32   with   th e   t r ain in g   im ag es   ‘ M’ .   H e r e ,   t h e   e p o c h s   r e p r e s e n t   t h e   n u m b e r   of   t i m e s   t h a t   t h e   m o d e l   e x e c u t e s   t h e   t r a i n i n g   d a t a s e t   D - T r a i n .   F o r   ev e r y   e p o c h ,   t h e   D - T r a i n   is   s p l i t   i n t o   b a t c h e s .   E a c h   b a t c h   c o n t ai n s   t h e   s a m p le s   t h at   a r e   c o n s i d e r e d   f o r   t h e   u p d a t i n g   of   t h e   m o d e l   p a r a m e t e r s .   T h e   l o s s   f u n c ti o n   ( L )   is   a p p l i e d   to   th e   b a t c h e s   o b t ai n e d   t h a t   r e p r e s e n t s   t h e   d i s c r e p a n c y   b e t w e e n   t h e   a ct u a l   la b e l   y i   a n d   t h e   p r e d i c t e d   l a b e l   y ^ i .   ‘ L   ’   is   s h o wn   as   ( 1 ) :     = − ∑   c i = 1 y i ( l og   ( y ^ i ) )   ( 1 )     T he   m ea n   of   lo s s es   of   all   b atc h es   is   r ep r esen ted   as   co s t   f u n c tio n   ( C )   an d   is   r e p r esen ted   as   ( 2 ) :     = 1 n ∑   n i = 1 ∑ [ y ij ∗ l og   ( y ij ^ ) ] c j = 1   ( 2 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,   Vo l.  14 ,   No .   3 ,  J u n e  2 0 2 5 :  2 5 4 7 - 2 5 5 8   2552   In   g e n er al,   o p tim izer s   ad j u s t   th e   v alu e   of   p ar am ete r s   to   m i n im ize   th e   lo s s   f u n ctio n .   T h e   p r o p o s e d   wo r k   em p lo y s   s to ch asti c   g r ad ien t   d escen t   ( SGD) ,   Ad ag r ad ,   R MSp r o p ,   an d   Ad am   o p tim iz er s   to   m in im ize   th e   lo s s   f u n ctio n .   W h en   R L DC - C NN   is   co m p letely   tr ain ed ,   th e   weig h t   an d   b ias   v alu es   ar e   ad ju s ted   with   r esp ec t   to   L R .   T h e   weig h t   an d   b ias   v a lu es   ar e   ca lcu lated   u s in g   t h e   ( 3 )   an d   ( 4 ) :       W t ← W t − 1 − η ∇ W ( l oss ( W ) )   ( 3 )       b t ← b t − 1 − η ∇ W ( l oss ( b ) )   ( 4 )     w h er e,   W t − 1   an d   b t − 1   ar e   th e   v alu es   of   th e   weig h t   a n d   b ias   o b tain e d   d u r in g   th e   p r e v io u s   ex ec u tio n ,   η   is   th e   lear n in g   r ate   ( L R ) ,   ∇   r ep r esen ts   th e   r ate   of   c h an g e   in   th e   d er iv ativ e   with   r esp ec t   to   weig h t.   T h e   p r o p o s ed   R L DC - C NN   m o d el   u p d ates   th e   o b jectiv e   f u n ctio n   θ   af ter   th e   c o m p l etio n   of     30   tr ain i n g   e p o ch s   with   LR   of   0 . 0 0 1 .   W h er e     co n tain s   t h e   m in im ized   ar g u m en ts   f o r   weig h t,   b ias,   lo s s   an d   co s t   can   be   ap p lied   on   u n s e en   d ataset   D - T est.   T h e   lear n in g   p a r am eter s   u s ed   f o r   th e   im p lem en tatio n   of   R L DC - C NN   is   g iv en   in   T ab le   2.       T ab le   2.   R L DC - C NN   lear n in g   p ar am eter s   S . N o .   P a r a me t e r s   V a l u e   1   O p t i mi z e r   S G D ,   A d a g r a d ,   R M S p r o p ,   A d a m   2   Lo ss   f u n c t i o n   S p a r se   c a t e g o r i c a l   c r o ss e n t r o p y   3   Le a r n i n g   r a t e   0 . 0 0 1   4   B a t c h   si z e   32   5   Ep o c h s   30       3.   RE SU L T S   AND   D I SCU SS I O N   T h is   s tu d y   in v esti g ates   th e   e f f ec ts   of   cu s to m ized   C NNs   f o r   R L DC .   It   is   f o u n d   f r o m   t h e   ex is tin g   wo r k s   g iv en   in   s ec tio n   1   t h at   th e   m o d els   u s e   TL   m o d els   ar e   not   ad d r ess in g   th e   in f lu en ce   of   o p tim izer s   th at   m ay   in cr ea s e   th e   ef f icien cy   of   th e   m o d el.   T h e   p r o p o s ed   R L DC - C NN   m o d el   o u tp er f o r m s   th e   TL   m o d els   in   ter m s   of   ac cu r ac y   a n d   p a r am e ter   r ed u ctio n .   T h e   in f r astru ctu r e   s etu p   f o r   co n d u ctin g   th e   ex p er im en t   in clu d es,   an   I n tel - co r e   i5 - 8 2 6 5 0   C PU   o p er atin g   at   a   f r e q u en c y   of   1 . 6 0   GHz   with   8   GB   of   R AM .   G o o g le   C o lab o r at o r y   GPU   is   u tili ze d   as   h ar d war e   ac ce ler ato r   in   th e   Py t h o n   f r am e wo r k   th at   u s es   T en s o r Flo w   an d   Ker as.   T h e   R L DC - C NN   m o d el   is   tr ain ed   u s in g   th e   d ataset   of   s ize   5 , 6 7 6 ,   wh ich   is   s aid   to   h a v e   b alan ce d   p r o p o s itio n   of   im a g es   with   in f ec tio n s   th at   can   be   class if ied   ac r o s s   f iv e   class es,   v iz. ,   b ac ter ial   b lig h t;   b last ;   b r o wn   s p o t;   tu n g r o ;   an d   h ea lth y .   T h e   ef f icac y   of   th e   p r o p o s ed   m o d el   is   ass e s s ed   to   g au g e   th e   o v er all   p er f o r m an ce   an d   q u ality ,   th r o u g h   th e   co n s id er atio n   of   v a r io u s   lev els   of   s ev e r ity   an d   cir cu m s tan ce s .   T h e   o p tim izer s   ar e   in d iv id u all y   co m b in ed   with   th e   m o d el   to   a n aly ze   th e   p er f o r m an ce   t h at   en tails   a   d ataset   of   1 , 420   im ag es   tak e n   f r o m   D - T est.   T h e   p r o p o s ed   m o d el   is   ev alu ated   u s in g   th e   m etr ics,   ac cu r ac y ;   p r ec is io n ;   r ec all ;   an d   F1 - s co r e   is   r e p r esen ted   u s in g   th e   ( 5 )   to   ( 8 )   as :       A c c ura c y = TP + TN TP + TN + FP + FN   ( 5 )     Pr e c isio n = TP TP + FP   ( 6 )     R e c a l l   = TP TP + FN   ( 7 )     F 1 − Score = 2   X   Pr ecis i o n   X   Recal l Pr ecis i o n   +   Recal l   ( 8 )     wh er e ,   ( TP )   r ep r esen ts   tr u e   p o s itiv e ,   ( TN )   is   tr u e   n eg ativ e ,   ( FP )   in d i ca tes   f alse   p o s itiv e ,   ( FN )   s p ec if ies   f alse   n eg ativ e .   T h e   an aly s is   of   th e   R L DC - C NN   is   d escr ib ed   in   th e   f o llo wi n g   s u b s ec tio n s .   S ec tio n   3 . 1   ad d r ess es   th e   p er f o r m an ce   of   th e   p r o p o s e d   m o d el   im p lem en tin g   o n e   o p tim izer   at   a   tim e.   Sectio n   3 . 2   d is cu s s es   th e   ef f icien cy   of   th e   p r o p o s ed   m o d el   with   o th er   p r e - tr ain ed   m o d els.   Sectio n   3 . 3   p r esen ts   th e   c o m p ar is o n   of   R L DC - C NN   m o d el   an d   ex is tin g   liter atu r es.     3 . 1 .     P er f o r m a nce   ev a lua t io n   of   RL DC - CNN   wit h   diff er e nt   o ptim izer s   T h e   p r o p o s ed   R L DC - C NN   m o d el   im p lem en ts   th e   o p tim ize r s   n am ely ,   Ad am ;   R MSp r o p ;   SGD;   an d   Ad ag r ad .   T h e   im p lem en tatio n   co m b in es   th e   p r o p o s ed   m o d el   an d   one   of   th e   o p tim izer s   p er   tim e   to   g et   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       A   n o ve l lig h t - w eig h t c o n vo l u tio n a l n e u r a l n etw o r k  fo r   r ice  lea f d is ea s e  …  ( P a r th a s a r a th i  Ja ya r a ma n )   2553   o p tim ized   r esu lts .   It   is   o b s er v ed   f r o m   th e   r esu lts   th at   th e   A d am   o p tim izer   ac h ie v es   th e   h ig h est   ac cu r ac y   of   9 9 . 1 5 %.   It   in co r p o r ates   th e   m o s t   ad v an tag eo u s   ch ar ac ter is tics   of   o th er   o p tim izer s ,   s p ec if i ca lly   Ad ag r ad   a n d   R MSp r o p ,   wh ich   is   o b s er v e d   to   y ield   im p r o v ed   c o n v e r g en ce   of   th e   m o d el.   T h e   p er f o r m a n ce   of   th e     R L DC - C NN   m o d el   u s in g   d if f er en t   o p tim izer s   is   p r esen ted   in   T ab le   3.       T ab le   3.   R L DC - C NN   m o d el   with   d if f er en t   o p tim izer s   O p t i mi z e r   A c c u r a c y   ( %)   P r e c i s i o n   ( %)   R e c a l l   ( %)   F1 - S c o r e   ( %)   A d a m   9 9 . 1 5   9 9 . 1 5   9 9 . 1 3   9 9 . 1 3   R M S p r o p   9 8 . 3 1   9 8 . 3   9 8 . 3   9 8 . 2 9   S G D   9 7 . 9 6   9 7 . 9 6   9 7 . 9 2   9 7 . 9 3   A d a g r a d   7 9 . 7 2   8 0 . 8   7 9 . 5 7   8 0 . 1 8       Fig u r es   5   to   8   s h o ws   th e   ac cu r ac y   a n d   lo s s   p lo ts ,   wh ich   r ep r esen ts   th e   in f o r m ati o n   of   th e   co n v er g en ce   of   th e   R L DC - C NN   m o d el   th at   u s es   d if f er en t   o p tim izer s .   It   is   ev id en t   f r o m   Fig u r e   5 ( a)   t h at   th e   Ad am   o p tim izer   e x ce ls   in   te r m s   of   ac cu r ac y   w h en   co m p ar ed   to   o t h er   o p tim izer s .   T h e   m o d e l   e x h i b i t s   a   c o n v e r g e n c e   r a t e   t h a t   is   e x c e e d i n g l y   r a p i d ,   w i t h   an   a c c u r a c y   of   9 9 % .   F i g u r e   5 ( b )   d e m o n s t r a t e s   t h a t   t h e   A d am   o p t i m i z e r   r e d u c es   t h e   m o d e l' s   lo s s   in   t h e   1 0 t h   e p o c h   a n d   t h a t   th e   r e s u l ts   do   not   e x h i b i t   a n y   f o r m   of   o v e r f i t t i n g .           ( a)   ( b )     Fig u r e   5.   T r ain in g   a n d   v alid atio n   p lo ts   of   R L DC - C NN   w ith   Ad am   o p tim izer   ( a)   ac cu r ac y   an d   ( b )   lo s s       T h e   im p ac t   of   t h e   R MSp r o p   o p tim izer   is   illu s tr ated   in   Fig u r e   6.   Fig u r e   6 ( a)   ex h ib its   th e   m o d el' s   ab ilit y   to   attain   an   ac cu r ac y   of   9 8 %.   Ad d itio n ally ,   th e   m o d el' s   lo s s   is   illu s tr ated   in   Fig u r e   6 ( b ) ,   wh ich   co n tain s   n u m e r o u s   p ea k s .   N ev er th eless ,   th e   p ea k s   o b s er v ed   in   th e   p lo ts   s u g g est   th at   a   r eg u lar izatio n   is   war r an ted ,   wh ic h   co u l d   p o te n tially   in ten s if y   th e   m o d el' s   co m p lex ity .           ( a)   ( b )     Fig u r e   6.   T r ain in g   a n d   v alid atio n   p lo ts   of   R L DC - C NN   w ith   R MSp r o p   o p tim izer   ( a )   ac cu r a cy   an d   ( b )   l o s s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,   Vo l.  14 ,   No .   3 ,  J u n e  2 0 2 5 :  2 5 4 7 - 2 5 5 8   2554   T h e   b e h av io u r   of   SGD   an d   A d ag r ad   is   illu s tr ated   in   Fig u r es   7   an d   8,   an d   it   is   ev id e n t   th at   th e   m o d el   co n v er g es   af ter   a   co n s id er ab le   p er io d .   T h e   ac c u r ac y   of   th e   S GD   o p tim izer ,   wh ich   r eq u ir es   ad d itio n al   tim e   to   co n v er g e,   is   d ep icted   in   Fig u r e   7 ( a ) .   Fig u r e   7 ( b )   illu s tr a tes   th e   SGD   o p tim izer ' s   lo s s ,   wh ich   is   n ea r ly   co n v er g in g   at   th e   3 0 th   ep o c h ,   but   s till   ex h i b its   p ea k s .   F i g u r e   8 ( a )   i l l u s t r a t es   t h e   A d a g r a d   o p t i m i z e r ' s   a c c u r a c y ,   w h i c h   i s   s i g n i f i c a n tl y   l o w e r   t h a n   t h a t   o f   o t h e r   o p t i m i z e r s   d u e   t o   i t s   s l u g g i s h   l e a r n i n g   r a t e .   A d d i t i o n a l l y ,     F i g u r e   8 ( b )   d e m o n s t r a t es   t h a t   a  s u b s t a n t i a l   l o s s   is   o b s e r v e d   w h e n   c o m p a r e d   w i t h   t h e   A d a m   o p t i m i z e r .           ( a)   ( b )     Fig u r e   7.   T r ain in g   a n d   v alid atio n   p lo ts   of   R L DC - C NN   w ith   SGD   o p tim izer   ( a)   ac cu r ac y   a n d   ( b )   lo s s           ( a)   ( b )     Fig u r e   8.   T r ain in g   a n d   v alid atio n   p lo ts   of   R L DC - C NN   w ith   Ad ag r ad   o p tim izer   ( a )   ac cu r ac y   an d   ( b )   lo s s       Fig u r es   9   an d   10   s h o ws   th e   co n f u s io n   m atr ix   th at   e x h ib it   th e   p er f o r m a n ce s   of   th e   R L DC - C N N   m o d el   with   th e   o p tim izer s :   Ad am ,   R MSp r o p ,   SGD ,   an d   Ad ag r ad .   Fro m   th e   co n f u s io n   m a tr ix   in   Fig u r e   9 ( a) ,   it   can   be   s h o wn   th at   Ad a m   o p tim izer   p e r f o r m s   b etter   th an   th e   o th er   o p tim izer s ,   with   th e   f ewe s t   m is class if icatio n s .   T h e   c o n f u s io n   m atr ix   in   Fig u r e   9 ( b )   il lu s tr ates   th e   p er f o r m a n ce   of   R L DC - C NN   with   R MSp r o p   o p tim izer   in   d is tin g u is h in g   b last   d is ea s e   f r o m   o th er   d is ea s es,   in d icatin g   d if f icu lties   in   ac cu r ate   class if icatio n .     T h e   co n f u s io n   m atr ix   d is p lay ed   in   Fig u r e   1 0 ( a )   clea r ly   in d icate s   th at   th er e   ar e   a p p r o x im ately     28   in s tan ce s   of   m is class if icati o n s .   W h ich   is   h ig h e r   c o m p ar e d   to   th e   r esu lts   o b tain e d   with   th e   ad am   o p tim izer   s h o wn   in   Fig u r e   9 ( a) .   Fig u r e   1 0 ( b )   d e m o n s tr ates   th e   Ad ag r ad   o p tim izer .   W h ich   h as   2 8 8   m is class if icatio n s ,   in d icatin g   th at   th is   o p tim izer   p er f o r m s   p o o r ly .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       A   n o ve l lig h t - w eig h t c o n vo l u tio n a l n e u r a l n etw o r k  fo r   r ice  lea f d is ea s e  …  ( P a r th a s a r a th i  Ja ya r a ma n )   2555       ( a)   ( b )     Fig u r e   9.   C o n f u s io n   m atr i x   ( a)   R L DC - C NN - Ad am   an d   ( b )   R L DC - C NN - R MSp r o p           ( a)   ( b )     Fig u r e   10.   C o n f u s io n   m atr ix   ( a)   R L DC - C N N - SGD   an d   ( b )   R L DC - C NN - Ad ag r ad       3 . 2 .     P er f o r m a nce   ev a lua t io n   of   RL DC - CNN   wit h   diff er e nt   pre - t ra ined   m o dels   T h e   p r o p o s ed   R L DC - C NN   m o d el   co m b in es   each   o n e   of   th e   o p tim izer s   h as   s h o wn   t h at   t h e   m o d el   p er f o r m s   b etter   with   Ad am   o p tim izer .   In   th is   s ec tio n ,   a   s tu d y   is   m ad e   to   ass e s s   th e   p er f o r m an ce   of   th e   p r o p o s ed   R L DC - C NN   m o d el   with   Ad am   o p tim izer   w h en   co m p ar ed   with   p r e - tr ai n ed   m o d els   Viz. ,   Den s eNe t1 2 1 ,   VGG1 6 ,   an d   R esNet5 0 .   T h e   s tu d y   in v o lv es   7 , 096   im a g es   of   r ice   leaf   d is ea s es   to   co n d u ct   th e   ex p er im en t   of   th e   f ac to r s   n am ely ,   i)   th e   n u m b er   of   p a r am eter s   an d   ii)   ac c u r ac y .   T ab le   4   s h o ws   th e   ef f ec tiv en ess   of   th e   p r o p o s ed   m o d el   th at   r esu lts   in   an   ac cu r ac y   of   9 9 . 1 5 %   co n s id er in g   a   m in im u m   of   0 . 6 5   m illi o n   p ar am eter s   wh en   co m p ar in g   th e   p ar am eter s   with   o th er   o p tim izer s .         T ab le   4.   Per f o r m an ce   co m p a r is o n   R L DC - C N N   with   v ar io u s   p r e - tr ain ed   m o d els   M o d e l   P a r a me t e r s   ( i n   M i l l i o n )   A c c u r a c y   ( %)   R LD C - C N N + A d a m   0 . 6 5   9 9 . 1 5   D e n seN e t 1 2 1   8 . 4 9   9 8 . 9 4   V G G 1 6   1 5 . 4 4   9 7 . 8 2   R e sN e t 5 0   2 6 . 4 9   9 6 . 4 8         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,   Vo l.  14 ,   No .   3 ,  J u n e  2 0 2 5 :  2 5 4 7 - 2 5 5 8   2556   3. 3 .     Co m pa ra t iv e   s t ud y   of   R L DC - CNN   wit h   ex is t ing   CN N   m o dels   T ab le   5   p r esen ts   a   co m p ar ativ e   an aly s is   of   th e   R L D C - C N N   m o d el   with   o th er   m o d els   ad d r ess ed   in   th e   liter atu r e,   as   d is cu s s ed   in   s ec tio n   1.   T h e   s u p er io r ity   of   th e   R L DC - C NN   is   ap p ar en t,   as   it   s u r p ass es   th e   o th er   m o d els   in   b o th   p ar am e ter   u s ag e   an d   ac cu r ac y .   T h e   ex is tin g   m o d els   u tili ze   p r e - tr ain ed   ar ch itectu r es   s u ch   as   I n ce p tio n   R esNetV2 ,   I n ce p tio n V3 ,   an d   R esNet5 0   as   p ar t   of   th ei r   DL   ar ch itectu r e s .   It   is   im p o r tan t   to   m en tio n   t h at   p r e - tr ain ed   m o d els   n ee d   a   s u b s tan tial   n u m b er   of   p ar a m eter s ,   th at   m ay   lead   to   h ig h   co m p u tatio n al   an d   m em o r y   r eq u ir em en ts .   T h is   m ay   b ec o m e   a   s er io u s   is s u e   wh en   atte m p t   to   im p lem en t   in   em b ed d e d   s y s tem s .   T h e   p r o p o s ed   R L DC - C NN   ar ch itectu r e   is   ca r ef u lly   d esig n ed   to   im p r o v e   th e   ac cu r ac y   with   m in im u m   n u m b er   of   la y e r s   th at   r esu lts   in   good   p er f o r m an ce   with   o p tim ized   p ar am ete r s .       T ab le   5.   Per f o r m an ce   co m p a r is o n   R L DC - C N N   with   ex is tin g   m o d els   in   liter atu r e   A u t h o r s   DL   a r c h i t e c t u r e   P a r a me t e r s   ( M i l l i o n )   A c c u r a c y   ( %)   P r e c i s i o n   ( %)   R e c a l l   ( %)   F1 - s c o r e   ( %)   K r i s h n a m o o r t h y   et   a l .   [ 20 ]   I n c e p t i o n   R e sn e t V 2   5 5 . 9   9 5 . 6 7   9 6 . 5   9 6 . 5   9 6 . 5   S e t h y   et   a l .   [ 21 ]   R e sN e t   5 0 + S V M   2 5 . 6   9 8 . 2 5   9 8 . 2 5   9 8 . 2 6   9 8 . 2 6   D e b   et   a l .   [ 22 ]   I n c e p t i o n   V3   2 3 . 9   9 6 . 2 3   9 6 . 4   9 6 . 2   9 6 . 2   P r o p o se d   m e t h o d o l o g y   R LD C - C N N   0 . 6 5   9 9 . 1 5   9 9 . 1 5   9 9 . 1 3   9 9 . 1 3       4.   CO NCLU SI O N   R ice   is   th e   p r im ar y   f o o d   s o u r c e   f o r   a   m ajo r ity   of   th e   wo r ld ' s   p o p u latio n .   Var io u s   d is ea s es   im p ac t   th e   r ice   p lan t   at   d i f f er en t   p h ases   of   its   g r o wth .   T h e   u tili za tio n   of   CV   in   c o n ju n ctio n   with   DL   ar ch itectu r e   can   ef f ec tiv ely   id e n tify   ce r tain   d is o r d er s .   T h is   r esear c h   p r esen ts   R L DC - C NN,   a   n o v el   lig h t   weig h t   cu s to m ize d   DL   m o d el   to   class if y   th e   r ice   leaf   d is ea s es.   T h e   m o d el   is   ev alu ated   u s in g   7 0 9 6   i m ag es   tak en   f r o m   Me n d eley   an d   Kag g le   r ep o s ito r ies.   T h e   ar ch itectu r e   of   th e   m o d el   is   m ad e   up   of   s er ies   of   co n v o l u t io n al   an d   m ax   pool   lay er s   th at   ar e   a r r an g e d   alter n ativ ely .   T h ese   lay er s   in   th e   m o d el   ar e   u s ed   f o r   f ea t u r e   e x tr ac tio n .   In   o r d er   to   in tr o d u ce   n o n - lin ea r ity ,   th e   m o d el   in c o r p o r ates   th e   R eL U   a ctiv atio n   f u n ctio n .   T h e   d r o p o u t   lay er   is   u s ed   to   d ea ctiv ate   ce r tain   n eu r o n s   th at   m ay   r esu lts   in   a   s im p le   m o d el   with   g r ea t   ef f icien cy .   To   en s u r e   o p tim izatio n ,   th e   m o d el   u s es   Ad a m   Op tim izer   wh ich   h as   a   lear n i n g   r at e   of   0 . 0 0 1   an d   s p ar s e   ca teg o r ical   en tr o p y   lo s s   f u n ctio n .   T h e   o p tim izatio n   p r o ce s s   is   p er f o r m ed   o v e r   30   e p o ch s ,   with   each   ep o c h   c o n s i s tin g   of   a   b atch   s ize   of   3 2 .   T h is   m et h o d o lo g y   f ac ili tates   th e   ef f ec tiv e   co n v er g en c e   an d   t h e   u s e   of   m in im u m   n u m b er   of   p a r am eter s .   T h e   R L DC - C N N   m o d el   ac h iev ed   an   ac cu r ac y   r ate   of   9 9 . 1 5 %   wh ile   u tili zin g   a   r elativ ely   s m all   p ar am eter   co u n t   of   0 . 6 5   m illi o n .   T h e   p r o p o s ed   m o d el   is   co m p a r e d   with   v ar io u s   p r e - tr ain ed   m o d els   th at   in clu d e   Den s eNe t1 2 1 ,   VGG1 6 ,   an d   R esNet5 0 ,   an d   th e   p r o p o s ed   R L DC - C NN   m o d el   o u tp er f o r m s   o th er   co m p ar e d   m o d els.   T h e   p r o p o s ed   m o d el   wo u ld   d ef i n itely   h elp   t h e   f ar m er s   to   id en tify   th e   r ice   leaf   d is ea s es,   wh ich   m ay   lead   to   c h o o s e   th e   ap p r o p r iate   p r o ce d u r e   to   c u r e   t h e   s am e.   T h e   ac cu r ate   an d   tim ely   d iag n o s is   s h all   in cr ea s e   th e   p r o d u ctiv ity   at   v er y   h ig h e r   r ate.   T h e   s tu d y ' s   s ig n if ican t   co n s tr ain t   is   th at   v ar iatio n s   in   illu m in atio n   or   th e   p r esen ce   of   s h a d o ws   f r o m   o n e   im ag e   to   an o th er   do   n o t   in f l u en ce   th e   d ataset.   It   h as   th e   p o ten tial   to   d im in is h   ac cu r ac y .   In   f u tu r e   s tu d ies,   it   wo u ld   be   b en ef icial   to   in co r p o r ate   d atasets   in clu d in g   im ag es   of   th is   n atu r e.   Mo r eo v er ,   it   can   be   e x ten d ed   to   in clu d e   ex p lain ab le   AI ,   wh ich   wo u ld   p r o v id e   f ar m er s   with   p r ec is e   ad v ic e   b ased   on   d is co v er ed   ailm e n ts   an d   ef f ec tiv e   s o lu tio n s   to   r eso l v e   th e   p r o b lem .       F UNDING   I NF O R M A T I O N   Au th o r s   s tate  n o   f u n d in g   in v o lv ed .       AUTHO R  CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T   T h is   jo u r n al  u s es  th e  C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize  in d iv id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .     Na m e  o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Par th asar ath i Jay ar am an   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓         Mu th u lak s h m i Pala n iy an d i   ✓   ✓         ✓       ✓   ✓   ✓   ✓   ✓       C   :    C o n c e p t u a l i z a t i o n   M   :    M e t h o d o l o g y   So   :    So f t w a r e   Va   :    Va l i d a t i o n   Fo   :    Fo r mal   a n a l y s i s   I   :    I n v e s t i g a t i o n   R   :    R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi   :    Vi su a l i z a t i o n   Su   :    Su p e r v i s i o n   P   :    P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu   :    Fu n d i n g   a c q u i si t i o n     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.