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.   15 ,   No .   3 ,  J u n e   20 26 ,   p p .   2521 ~ 2 5 3 2   I SS N:  2 2 5 2 - 8 9 3 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijai.v 15 .i 3 . p p 2 5 2 1 - 2 5 3 2           2521     J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij a i . ia esco r e. co m   To ma to  lea f  disea se cla ss ificatio n u sing   DenseNe t - 1 2 1  wit h  da ta  a ug menta tion a nd f ine - tuni ng       Su f a j a r  B utsia nto ,   Ang g i Mu ha m m a d Rif a ’ i   D e p a r t me n t   o f   I n f o r m a t i c s  En g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   En g i n e e r i n g ,   P e l i t a   B a n g sa   U n i v e r si t y ,   B e k a si ,   I n d o n e si a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Dec   1 ,  2 0 2 4   R ev is ed   May   3 ,  2 0 2 6   Acc ep ted   May   11 ,  2 0 2 6       In   re c e n t  y e a rs,  a c c u ra te  c las sifica ti o n   o f  a g ricu lt u ra l  ima g e s  h a s  b e c o m e   in c re a sin g ly   imp o rtan t   to   su p p o rt  p re c isio n   fa rm in g   a n d   c ro p   d ise a se   m o n it o r in g .   Ho we v e r,   a c h iev i n g   re li a b le  p e rfo rm a n c e   re m a in s  c h a ll e n g i n g   d u e   to   v isu a l  sim il a rit y   b e twe e n   d ise a se   c las se s  a n d   d a tas e t  v a riab il it y .   T h is   stu d y   p re se n ts  a n   a p p li e d   e v a l u a ti o n   o f  De n se Ne t - 1 2 1   c o m b i n e d   with   d a ta   a u g m e n tatio n   a n d   fi n e - tu n in g   fo r  m u lt i - c las s  to m a to   lea f  d ise a se   c las sifica ti o n .   Ex p e rime n ts  we re   c o n d u c te d   u si n g   a   p u b li c ly   a v a il a b le   to m a to   lea f  ima g e   d a tas e t  c o n sist in g   o f  5 , 0 0 0   ima g e s  a c ro ss   1 0   c l a ss e s.  All  ima g e s  we re   re siz e d   to   6 4 × 6 4   p i x e ls  a n d   s p li t  in t o   8 0 %   train i n g   a n d   2 0 %   tes ti n g   se ts  u sin g   a   stra ti fied   stra teg y .   Da ta  a u g m e n tatio n   wa s  a p p li e d   e x c lu siv e ly   to   t h e   train i n g   d a ta  to   imp ro v e   g e n e ra li z a ti o n .   Th e   e x p e rime n tal  re su lt s  sh o w  a   p ro g re ss iv e   p e rf o r m a n c e   imp ro v e m e n t  a c ro ss   train i n g   sta g e s,   a c h iev in g   a   fi n a l  c las sifica ti o n   a c c u ra c y   o f  9 8 . 4 4 %   wit h   a   lo ss   o f  4 . 7 2 %   a fter  fin e - tu n i n g .   P e r - c las s  e v a lu a ti o n   i n d ica tes   stro n g   p e rfo rm a n c e   a c ro ss   m o st  d ise a se   c a teg o ries ,   with   m in o r  c o n fu si o n   o b se rv e d   a m o n g   v isu a ll y   sim il a r  c las s e s.  Wh il e   th e   re su lt s  d e m o n stra te  th e   e ffe c ti v e n e ss   o f  th e   p ro p o se d   train in g   stra teg y   u n d e r  c o n tro ll e d   e x p e rime n tal  c o n d i ti o n s,  fu rt h e r   v a li d a ti o n   u si n g   re a l - field   ima g e s  is  re q u ired .   Ov e ra ll ,   th is  stu d y   sh o ws   t h e   p o ten ti a l  o f  De n se Ne t - 1 2 1   wi th   tran sfe r  lea rn i n g   t o   su p p o rt   to m a to   lea f   d ise a se   c las sifica ti o n   in   p re c isio n   a g ricu lt u re   a p p li c a ti o n s.   K ey w o r d s :   Ag r icu ltu r al  im ag es   Data   au g m en tatio n   Den s eNe t - 121   Fin e - tu n in g   T o m ato   leaf   d is ea s e  d etec tio n   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Su f ajar   B u ts ian to   Dep ar tm en t o f   I n f o r m atics E n g in ee r in g ,   Facu lty   o f   E n g in ee r in g ,   Pelita Ban g s a  Un iv er s ity   So u th   C ik ar an g ,   B ek asi,  W est J av a,   I n d o n esia   E m ail: su f ajar @ p elitab an g s a. ac . id       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e  ag r icu ltu r al  s ec to r   is   r ap id ly   ev o lv in g   with   tech n o lo g ical  ad v an ce m en ts   aim ed   at  im p r o v i n g   ef f icien cy   an d   s u s tain ab ilit y ,   y et  ac cu r ate  ag r icu ltu r al  im ag e  class if icatio n   r em ain s   a  m aj o r   ch allen g e  [ 1 ] – [ 4 ] .  Var iatio n s   in   en v ir o n m en tal   co n d itio n s ,   cr o p   d iv er s ity ,   im ag e  q u ality ,   an d   s u b tle  d is ea s e  s y m p to m s   s ig n if ican tly   co m p licate  class if icatio n   task s ,   o f ten   lea d in g   to   m is class if icatio n   th at  ca n   r esu lt  in   in c o r r ec t   tr ea tm en t  d ec is io n s ,   ec o n o m i c  lo s s es,   an d   r ed u ce d   tr u s t  in   p r ec is io n   ag r icu ltu r e  s y s tem s   [ 5 ] – [ 1 0 ] .   T h ese   ch allen g es  ar e  f u r t h er   in ten s if ied   b y   n o is y ,   r ed u n d an t,  a n d   l im ited   d atasets ,   h ig h lig h tin g   t h e  n ee d   f o r   r o b u s t  an d   ad ap tab le  class if icatio n   a p p r o ac h es.   Dee p   lear n in g   m o d els,  p ar ticu lar ly   co n v o lu tio n al  n eu r al  n etwo r k s   ( C NN)   s u ch   as  r esid u al  n etwo r k   ( R esNet ) ,  v is u al  g eo m etr y   g r o u p   ( VGG ) ,   an d   I n ce p tio n ,   h av e  d em o n s tr ated   s tr o n g   p er f o r m a n ce   in   im a g e  class if icatio n   b y   au to m ati n g   f ea tu r e  ex tr ac tio n   [ 1 1 ] – [ 1 3 ] .   Ho we v er ,   th eir   ef f ec tiv en ess   o f ten   d ec lin es  w h en   ap p lied   to   h ig h ly   v a r iab le   ag r icu ltu r al  d atasets   d u e  to   f ea tu r e  r ed u n d an c y ,   class   o v er lap ,   lim ited   lab eled   d ata,   an d   o v er f itti n g   is s u es  [ 1 4 ] – [ 1 6 ] .  Den s eNe t - 1 2 1   ad d r ess es th ese  l im itatio n s   th r o u g h   e f f icien t  f ea t u r e  r eu s e,   im p r o v ed   g r ad ien t   f lo w,   an d   r ed u ce d   p ar am eter   co m p lex ity ,   m ak in g   it     well - s u ited   f o r   h eter o g en e o u s   ag r icu ltu r al  d ata  [ 1 7 ] – [ 1 9 ] .   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.  15 ,   No .   3 ,  J u n e  20 26 :   2 5 2 1 - 2 5 3 2   2522   T h is   s tu d y   e v alu ates  th e   ap p licatio n   o f   Den s eNe t - 1 2 1   c o m b in ed   with   d ata  au g m en t atio n   an d     f in e - tu n in g   s tr ateg ies  f o r   t o m ato   leaf   d is ea s e  class if icatio n   u s in g   th e  Far m Villag e  d ataset   [ 2 0 ] – [ 2 2 ] .   R ath er   th an   p r o p o s in g   a  n ew  ar c h itectu r e,   th e  r esear c h   f o c u s es  o n   em p ir ically   a n aly zin g   h o w   p r ep r o ce s s in g   an d   tr an s f er   lear n in g   s tag es  en h an ce   class if icat io n   p er f o r m an ce   u n d er   r ea lis tic  ag r icu ltu r al  co n d itio n s .   T h e  r esu lts   d em o n s tr ate  s tr o n g   ad a p tab ilit y   to   d ataset  v a r iab ilit y   an d   i n ter - class   s im ilar ity ,   alth o u g h   f u r th e r   v alid atio n   u s in g   r ea l - f ield   im a g es is   n ec ess ar y   to   co n f ir m   r o b u s tn ess   in   p r ac tical  f ar m in g   en v ir o n m e n ts .       2.   M E T H O D   T h e  p r o p o s ed   m eth o d o l o g y   f o r   to m ato   lea f   d is ea s e  d etec tio n   u s in g   Den s eNe t - 1 2 1   with   d ata  au g m en tatio n   an d   f in e - tu n in g   co n s is ts   o f   f iv e  m ain   s tag es,  as  illu s tr ated   in   Fig u r e   1 ,   d ata  c o llectio n ,   ex p lo r ato r y   d ata  an aly s is   ( E DA) ,   d ata  p r ep r o ce s s in g ,   m o d el  d ev elo p m e n t,  an d   m o d el  ev alu atio n   [ 2 3 ] .   T h e   p r o ce s s   b eg in s   with   s y s tem atic  d ata  co llectio n ,   f o llo wed   b y   d ataset  an aly s is   to   d ete r m in e  ap p r o p r iate   p r ep r o ce s s in g   an d   m o d elin g   s tr ateg ies.  Data   p r ep r o ce s s in g   i s   th en   ap p lied   to   e n s u r e  c o n s is ten cy   an d   q u ality .   Su b s eq u en tly ,   th e   Den s eNe t - 1 2 1   m o d el  is   tr ain ed   a n d   test ed ,   an d   th e  r esu lts   ar e  c o m p r e h en s iv ely   ev alu ate d   to   ass ess   d etec tio n   p er f o r m an ce   an d   m o d el  r o b u s tn ess .   T h is   s tr u ctu r ed   wo r k f lo w   en s u r es  s y s tem atic   ex p er im en tatio n   an d   en ab les r ep r o d u cib ilit y   o f   t h e  p r o p o s ed   ap p r o ac h .           Fig u r e  1 .   Me th o d o lo g y   o f   th e  p r o p o s ed   Den s eNe t - 121   with   d ata  au g m e n tatio n       2 . 1 .     Da t a   c o llect io n   T h e  d ataset  u tili ze d   in   th is   r esear ch   was  s o u r ce d   f r o m   [ 2 4 ] ,   th e  Plan tVillag e  r ep o s ito r y   s h o w  in   Fig u r e  2 ,   wh ich   is   wid ely   r ec o g n ized   f o r   its   co m p r eh en s iv e   an d   h ig h - q u ality   p lan t   d is ea s e  im ag e  c o llectio n s .   Fig u r e  2 ( a )   s h o ws  to m ato   tar g et  s p o t,  Fig u r e  2 ( b )   s h o ws  to m ato   m o za ic  v ir u s ,   Fig u r e  2 ( c)   s h o ws  to m at o   y ello w  leaf   c u r l  v ir u s ,   Fig u r e  2 ( d )   s h o ws  t o m ato   b ac ter i al  s p o t,  Fig u r e  2 ( e)   s h o ws  t o m ato   ea r ly   b lig h t,    Fig u r e  2 ( f )   s h o ws  to m ato   h ea l th y ,   Fig u r e  2 ( g )   s h o ws  to m ato   late  b lig h t,  Fig u r e  2 ( h )   s h o ws   to m ato   leaf   m o ld ,   Fig u r e  2 ( i)   s h o ws  to m ato   s ep to r ia  leaf   s p o t,  an d   Fig u r e  2 ( j )   s h o ws  to m ato   s p id er   m ites   two   s p o tted   s p id er   m ite.   E ac h   ca teg o r y   ex h ib it s   d is tin ct  v is u al  ch ar ac ter is t ics  s u ch   as  lesi o n s ,   d is co lo r atio n ,   d ef o r m atio n   p atter n s ,   o r   th e  a b s en ce   o f   s y m p to m s   in   h ea lth y   leav es.  T h i s   d etailed   ca teg o r izatio n   en s u r es d ataset  s u itab ilit y   f o r   m u lti  class   class if icatio n   t ask s   an d   en ab les  th e  m o d el  t o   lear n   s u b tle  in ter - class   d if f er en ce s   ef f ec tiv ely .   Sp ec if ically ,   th is   r esear ch   f o cu s ed   o n   a  s u b s et  o f   th e  d ataset  co n tain in g   5 , 0 0 0   lab eled   im ag es  o f   to m ato   leav es  with   s ize  2 5 6 × 2 5 6   p ix e l.  T h ese  im ag es  ar e  d is tr ib u ted   ac r o s s   1 0   d is tin ct  ca teg o r ies,  ea ch   r ep r esen tin g   a  u n iq u e  co n d itio n   o r   d is ea s e  af f ec tin g   to m ato   p la n ts .   T h e  d ataset  in clu d es  b o th   d is ea s ed   an d   h ea lth y   leav es,  p r o v id i n g   a   b alan ce d   r ep r esen tatio n   o f   th e  c h allen g es  f ac ed   in   to m ato   cr o p   m an ag em e n t.  T h e  i m ag es  ar e   ca p tu r ed   in   v a r io u s   lig h tin g   c o n d itio n s   an d   o r ien tatio n s ,   ad d in g   d iv er s ity   an d   r ea lis m   to   th e  d ataset,   wh ich   is   cr u cial  f o r   t r ain in g   a   r o b u s t c lass if icatio n   m o d el.     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       To ma to   lea f d is ea s e  cla s s ifica tio n   u s in g   Den s eNet - 1 2 1   w ith   Da ta   a u g me n ta tio n   …   ( S u fa j a r   B u ts ia n to )   2523             ( a)   ( b )   ( c)   ( d )   ( e)                       (f)   ( g )   ( h )   ( i)   ( j)     Fig u r e  2 .   Sam p le  d ataset  to m a to   leaf   d is ea s e  of   ( a)   to m ato   ta r g et  s p o t,  ( b )   to m at o   m o za ic  v ir u s ,   ( c)   to m at o   y ello w  leaf   cu r l  v ir u s ,   ( d )   to m ato   b ac ter ial  s p o t,  ( e )   to m ato   e ar ly   b lig h t,  ( f )   t o m ato   h ea lth y ,   ( g )   to m ato   late  b lig h t ,   ( h )   to m ato   leaf   m o l d ,   ( i )   to m ato   s ep to r ia  lea f   s p o t,  an d   ( j)   to m at o   s p id er   m ites   two   s p o tted   s p id er   m ite       2 . 2 .     E x plo ra t i o n da t a   a na ly s is   T h e  E DA  p h ase  was  co n d u cte d   to   g ai n   d ee p er   in s ig h ts   in to   t h e  d is tr ib u tio n   an d   ch ar ac ter is tics   o f   th e  d ataset  [ 2 5 ] .   On e   o f   th e   k ey   an aly s es  in v o lv ed   e x am in in g   th e  n u m b er   o f   im ag es  av ailab le  f o r   ea ch   d is ea s e  ca teg o r y .   T h is   an aly s is   r ev ea led   s lig h t  v ar iatio n s   in   th e  d a taset  clas s   d is tr ib u tio n ,   as  d ep icted   in   Fig u r e  3 .   W h ile  th e  d ataset  is   g en er ally   well - b alan ce d ,   s o m e  ca teg o r i es  h av e  m a r g in ally   f ewe r   s a m p les,  wh ich   c o u ld   in f lu en ce   th e   m o d el  lear n in g   p r o ce s s   an d   o v er all  p er f o r m a n ce .   Un d e r s tan d in g   t h ese  d is cr ep an cies  is   cr u cial   to   im p lem en tin g   s tr ateg ies  lik e  d ata  au g m en tatio n   o r   class   weig h tin g   to   m itig ate  p o ten tial  b iases   in     th e  m o d el.   T h e  d is tr ib u tio n   o f   im ag es  ac r o s s   d is ea s e  ca teg o r ies  is   illu s tr ated   in   Fig u r e  3 .   T h e   d ata s et  s h o ws  g en er ally   b alan ce d   class   f r eq u en cies,  wh er e  m o s t  ca teg o r i es,  in clu d in g   leaf   m o ld   as  s h o w  in   Fig u r e   3 ( a ) ,   tar g et  s p o t  as  s h o w n   in   Fig u r e  3 ( b ) ,   h ea lth y   lea v es  as  s h o wn   in   Fig u r e  3 ( c) ,   a n d   late  b lig h t  as  s h o wn   in     Fig u r e  3 ( d )   co n tain   a p p r o x im ately   5 1 3 – 5 1 5   im a g es.  Ad d iti o n al  ca teg o r ies  s u ch   as  s p id er   m ites   as  s h o wn   in   Fig u r e  3 ( e) ,   ea r ly   b lig h t  as  s h o wn   in   Fig u r e  3 ( f ) ,   b ac ter ial  s p o t  as  s h o wn   in   Fig u r e  3 ( g ) ,   s ep to r ia  leaf   s p o t  as  s h o wn   in   Fig u r e   3 ( h ) ,   an d   y ello w  leaf   cu r l  v ir u s   as  s h o wn   in   Fig u r e   3 ( i)   also   p r esen t  co m p a r ab le   d is tr ib u tio n s .   T h e   to m at o   m o za ic  v ir u s   class   as  s h o wn   in   Fig u r e  3 ( j)   c o n tain s   f ewe r   s a m p les  3 7 3   im ag es,  in d icatin g   m ild   class   im b alan ce   th at  m o tiv ates  th e  u s e  o f   p r ep r o ce s s in g   an d   d ata  au g m en tatio n   to   s u p p o r t  r o b u s t le ar n in g   an d   g en e r aliza tio n .           Fig u r e  3 .   Fre q u en cy   o f   ea c h   to m ato   d is ea s e  ty p e  f o r   ( a)   t o m a to   leaf   m o ld ,   ( b )   to m ato   tar g et   s p o t,  ( c)   to m ato   h ea lth y ,   ( d )   to m at o   late  b lig h t,   ( e)   to m ato   s p id er   m ites   two   s p o tted   s p id er   m ite,   ( f )   t o m ato   ea r ly   b lig h t,    ( g )   to m at o   b ac ter ial  s p o t,  ( h )   t o m ato   s ep to r ia  leaf   s p o t,  ( i)   t o m ato   y ello w  leaf   cu r l v ir u s ,   a n d     ( j)   to m ato   m o za ic  v ir u s       T ab le  1   p r esen ts   th e  f in al  d ata s et  s tr u ctu r e,   co n s is tin g   o f   th r ee   co lu m n s :  f ile ,   Dis ea s eI D,   a n d   d is ea s e  ty p e .   T h e  f ile  co lu m n   co n tain s   r elativ e  im ag e  p ath s ,   th e  Dis e aseI D  co lu m n   ass ig n s   n u m er ical  lab els  ( 0 – 9 )   f o r   ef f icien t  m o d el  tr ain in g ,   an d   th e  d is ea s e  ty p e  c o lu m n   p r o v id es  in ter p r etab le  class   n a m es.  Sam p le  en tr ies  s h o wn   in   T ab le   1   d em o n s tr ate  im ag es  f r o m   th e   to m ato   h ea lt h y   ca teg o r y ,   illu s tr atin g   a  wel l - o r g an ize d   d ataset  f o r m at  th at  s u p p o r ts   s ea m less   in teg r atio n   in to   th e  m ac h in e  le ar n in g   wo r k f lo w.   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.  15 ,   No .   3 ,  J u n e  20 26 :   2 5 2 1 - 2 5 3 2   2524   T ab le  1 .   Sam p le  f in al  d ataset  f o r m at   No .   F il e   Dise a se ID   Dise a se   ty p e   4 9 9 5   To m a to _ He a lt h y /8 c c 1 1 f2 4 - 0 b 7 9 - 4 e d a - 8 a 0 9 - 9 c 7 7 6 e 0 . . .   9   To m a to   h e a lt h y   4 9 9 6   To m a to _ He a lt h y /8 d 7 8 a 3 4 f - 1 7 7 7 - 4 b d 8 - a 9 2 5 - 7 9 5 c 5 7 c . . .   9   To m a to   h e a lt h y   4 9 9 7   To m a to _ He a lt h y /9 b 8 f 1 0 8 a - 0 1 0 b - 4 b 8 b - 9 8 e a - b 3 0 c b f 6 . . .   9   To m a to   h e a lt h y   4 9 9 8   To m a to _ He a lt h y /7 b e d a 8 6 2 - 3 9 6 4 - 4 8 3 9 - 9 d 0 8 - b 9 b 3 fa 2 . . .   9   To m a to   h e a lt h y   4 9 9 9   To m a to _ He a lt h y /7 d 7 6 a a 9 6 - b 2 9 e - 4 a 6 0 - a 3 e 7 - b d 4 8 9 f 5 . . .   9   To m a to   h e a lt h y       2 . 3 .     Da t a   prep ro ce s s ing   T h e   im a g e  r e s i z in g   p r o c e s s   i s   i l l u s t r a t ed   i n   F i g u r e   4 .   T h e   o r ig i n a l  i m ag e   r e s o l u t io n   o f     2 5 6 × 2 5 6   p ix e l s   s h o w n   in   F ig u r e   4 ( a)   w a s   r ed u c e d   t o   6 4 × 6 4   p i x e l s   a s   p r e s en t e d   in   F i g u r e  4 ( b ) .   T h i s   r e s i z i n g   w a s   a d o p t ed   a s   a   d el i b e r a t e   tr a d e - o f f   to   r ed u ce   co m p u t a t io n a l   co m p l e x i ty ,   G PU   m e m o r y   u s a g e ,   a n d   t r a i n in g   t i m e  wh i l e  m a in t a i n in g   e s s e n t i a l  v i s u a l  ch ar a c t e r i s t i c s   r eq u ir e d   f o r   c l a s s i f i c a t i o n .   U n if o r m   r e s i z i n g   en s u r e s   c o n s i s t e n t   in p u t   d i m en s i o n s   a n d   s t ab l e   d ee p   l e ar n in g   o p t i m i z a t io n .           ( a)   ( b )     Fig u r e  4 .   R esizin g   im ag e  o f   ( a )   b ef o r e  r esize  an d   ( b )   a f ter   r e s ize       Alth o u g h   Den s eNe t - 1 2 1   was  o r ig in ally   p r e - tr ain ed   o n   I m ag eNe t  u s in g   2 2 4 × 2 2 4   in p u ts ,     lo wer - r eso lu tio n   i n p u ts   ca n   r em ain   ef f ec tiv e  wh e n   d is ea s e  ch ar ac ter is tics   ar e  p r im ar ily   d ef in ed   b y   g lo b al   co lo r   d is tr ib u tio n ,   lesi o n   p atter n s ,   an d   s tr u ctu r al  v a r iatio n s   r ath er   th an   ex t r em ely   f in e - g r a in ed   tex tu r es  [ 2 6 ] .  Un d er   co n tr o lled   d ataset  co n d itio n s ,   th e  r esized   im ag es  p r eser v e  k ey   d is cr im in ativ e  v is u al  cu es  r eq u ir ed   f o r   to m ato   leaf   d is ea s e  class if icat io n ,   wh ile  s ig n if ican tly   r ed u c in g   co m p u tatio n al   co s t.   I t   is   ac k n o wled g e d   th a t   r ed u cin g   s p atial  r eso lu tio n   m ay   lim it  th e  r ep r esen tatio n   o f   s u b tle  tex tu r e - lev el  f ea tu r es.  T h er ef o r e,   th e   s elec ted   r eso lu tio n   s h o u ld   b e  in ter p r eted   as  a  co m p u tatio n a lly   ef f icien t  co n f ig u r atio n   r at h er   th an   an   o p tim al  u n iv er s al  s ettin g .   A  co m p ar ati v e  ev alu ati o n   u s in g   h ig h e r   in p u t  r eso lu tio n s   1 2 8 ×1 2 8   an d   2 2 4 ×2 2 4   is   p lan n e d   as  f u tu r e  w o r k   to   q u an titativ ely   ass ess   th e  tr ad e - o f f   b etw ee n   co m p u tatio n al  e f f icien cy   an d   f in e - g r ain ed   f ea tu r e  p r eser v atio n .   T h is   cl ar if icatio n   em p h asizes  th at  th e  p r esen t  s tu d y   f o cu s es  o n   ev alu atin g   tr ain in g   s tr ateg y   ef f ec tiv en ess   r ath er   t h an   r eso lu tio n   o p tim izatio n .   T h e   d a t a s e t ,   c o n s i s t i n g   o f   5 , 0 0 0   t o m a t o   l e a f   i m a g e s   d is t r i b u te d   a c r o s s   1 0   c l a s s es ,   w as   p a r t it i o n e d   i n t o   t r a i n i n g   a n d   t e s t i n g   s e ts   u s i n g   a   s t r a t i f ie d   8 0 : 2 0   s p l i t ,   y i e l d i n g   4 , 0 0 0   t r a i n i n g   s a m p l es   a n d   1 , 0 0 0   t e s ti n g   s a m p l e s .   T h i s   s t r a ti f i c at i o n   p r e s e r v e d   t h e   c l as s   d is t r i b u t i o n   i n   b o t h   s u b s e ts ,   e n s u r i n g   a   f a i r   a n d   u n b i ase d   e v a l u a t i o n   o f   t h e  m o d e l .   T o   e n h a n c e   d a t a s e t   d i v e r s i t y   a n d   m i t i g a te   o v e r f i t t i n g ,   d a t a   a u g m e n t a t i o n   w a s   a p p l i ed   e x c l u s i v e l y   t o   t h e  t r a i n i n g   s et   u s i n g   t h e   I m a g eD a t a G e n e r a t o r   f r a m e w o r k   [ 2 7 ] .   T h e   a p p l i e d   t r a n s f o r m a t i o n s   i n c l u d e d   r a n d o m   r o t a t i o n s   u p   t o   2 0   d e g r ee s ,   h o r i z o n t a l   a n d   v e r t i ca l   s h i f ts   u p   t o   2 0 % ,   s h e a r i n g ,   z o o m i n g ,   a n d   h o r i z o n t a l   f li p p i n g .   T h e s e   a u g m e n t a t i o n s   e m u l a t e   r e a l - w o r l d   v a r i a t i o n s   i n   l e a f   a p p e a r a n c e ,   s u c h   a s   c h a n g e s   i n   o r ie n t a t i o n ,   s c al e ,   a n d   v i e w p o i n t ,   as   i ll u s t r at e d   i n   Fi g u r e   5 ,   t h e r e b y   i m p r o v i n g   t h e   m o d e l ’ s   a b i li t y   t o   g e n e r a li z e .   T h e  p ar a m eter   f ill_ m o d e= ‘ n e ar est’  was  u s ed   to   p r eser v e  v i s u al  co n tin u ity   in   tr a n s f o r m ed   im ag es  b y   f illi n g   n ewly   g en e r ated   p ix el   r eg io n s   u s in g   n ei g h b o r in g   p ix el  v alu es.  T h is   p r ev en ts   ar t if icial  ar tifa cts  th at   co u ld   n e g ativ ely   af f ec t  f ea t u r e  lear n in g .   Data   leak ag e  was  av o id ed   b y   p er f o r m i n g   d atase t  s p litt in g   p r io r   to   au g m en tatio n   an d   en s u r in g   th at  n o   id en tical  o r   n ea r - d u p licate  im ag es  ap p ea r ed   in   b o th   tr ai n in g   an d     test in g   s ets  [ 2 8 ] .   T h e  test in g   d ataset  r em ain e d   u n ch a n g ed   to   p r o v id e  a n   u n b iased   e s tim atio n   o f   m o d el   g en er aliza tio n   p er f o r m an ce .     2 . 4 .     M o del   Du r in g   th e  m o d el  d ev elo p m e n t  p h ase,   th e  tr ain in g   p r o ce s s   was  in itiated   u s in g   th e  Den s eNe t - 1 2 1   ar ch itectu r e,   as  s h o wn   in   Fig u r e  6 ,   wh ich   r ep r esen ts   a  m o d e r n   C NN.   T h is   ar ch itectu r e  is   d is tin g u is h ed   b y   its   d en s e  co n n ec tiv ity   m ec h an is m ,   wh er e   ea ch   lay er   is   lin k ed   to   all  f o llo win g   lay er s ,   e n ab l in g   ef f icie n t  f ea tu r e  p r o p a g atio n   a n d   r eu s e  [ 2 9 ] .   T h is   d esig n   p r o m o tes  ef f icien t  f ea tu r e   r eu s e  b y   allo win g   f ea tu r es  lear n e d   in   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       To ma to   lea f d is ea s e  cla s s ifica tio n   u s in g   Den s eNet - 1 2 1   w ith   Da ta   a u g me n ta tio n   …   ( S u fa j a r   B u ts ia n to )   2525   ea r lier   lay er s   to   b e  p r o p ag a ted   th r o u g h o u t  th e  n etwo r k ,   th er eb y   r ed u cin g   r e d u n d an cy   an d   im p r o v in g   p ar am eter   ef f icien c y   [ 3 0 ] .   Fu r th er m o r e ,   d en s e  co n n ec tio n s   f ac ilit ate  g r ad ien t  p r o p a g atio n   d u r in g   b ac k p r o p ag atio n ,   e f f ec tiv ely   m itig atin g   th e   v an is h in g   g r a d ien t  p r o b lem   co m m o n ly   en co u n ter ed   in   d ee p   n eu r al  n etwo r k s   [ 3 1 ] .            Fig u r e  5 .   R esu lt o f   au g m en tati o n           Fig u r e  6 .   Den s eNe t - 1 2 1   f lo w  p r o ce s s       T h e  ar ch itectu r e   co n s is ts   o f   1 2 1   lay e r s   o r g a n ized   in t o   f o u r   d e n s e  b lo ck s   s ep ar ated   b y   tr an s itio n   lay er s   co n tain in g   co n v o lu tio n ,   p o o li n g ,   a n d   b atch   n o r m ali za tio n   o p e r atio n s .   Ma th em ati ca lly ,   th e  in p u t  to   lay er     ca n   b e  r ep r esen ted   as   ( 1 )   [ 3 2 ] .     1 = 1 ( [ 0 , 1 , … , − 1 ] )   ( 1 )     W h er e  1   is   th e  tr an s f o r m ati o n   ( b atc h   n o r m aliza tio n ,   r e ctif ied   lin ea r   u n it  ( R eL U )   ac tiv atio n ,   an d   co n v o l u tio n ,   an d   [ 0 , 1 , … , − 1 ]   r ep r esen t s   th e  co n ca ten ated   o u t p u ts   o f   all  p r ec ed in g   lay e r s .   T h is   m ec h an is m   allo ws th e  m o d el  t o   ef f icien tly   lear n   b o t h   lo w - le v el  an d   h ig h - lev el  f ea tu r es si m u ltan eo u s ly .   T o   ac ce ler ate  co n v er g e n ce   an d   lev er ag e  p r io r   v is u al  k n o wl ed g e,   Den s eNe t - 1 2 1   p r e - tr ain ed   weig h ts   f r o m   th e   I m ag eNe t  d ataset  wer e  em p lo y e d   [ 3 3 ] .   T r an s f er   lear n in g   p r o v id es  a  s tr o n g   in itializatio n   b y   in co r p o r atin g   g en e r ic  v is u al  f ea tu r es  s u ch   as  ed g es,  tex tu r es,  an d   s h ap es  co m m o n ly   s h ar ed   ac r o s s   im ag e  d atasets   [ 3 4 ] .   T h e  p r e - tr ain ed   n etwo r k   was  s u b s eq u e n t ly   f in e - tu n e d   to   a d ap t  f ea t u r e  r ep r esen tatio n s   s p ec if ically   to   to m ato   leaf   d is ea s e  ch ar ac ter is tics   wh ile  p r ese r v in g   g en er aliza b le  v is u al  p atter n s   [ 3 5 ] .   All  ex p er im en ts   wer e  co n d u cted   u s in g   T en s o r Flo w  v 2 . 1 7 . 0   with   th e  Ker as  API   v 3 . 4 . 1   in   a    Py th o n   3 . 1 0   e n v ir o n m en t.  M o d el  tr ain in g   was  p er f o r m e d   o n   Go o g le  C o lab   with   an   NVI D I A  T esla  T 4   GPU.   T o   en s u r e   r ep r o d u cib ilit y ,   a  f ix ed   r an d o m   s ee d   was  co n s is ten tly   ap p lied   ac r o s s   Nu m Py ,   T en s o r Flo w,   an d   Py th o n ’ s   r an d o m   m o d u le  d u r i n g   d ata  s p litt in g   an d   m o d el  in i tializatio n .   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.  15 ,   No .   3 ,  J u n e  20 26 :   2 5 2 1 - 2 5 3 2   2526   T h e  Ad am   o p tim izer   was  u tili ze d   f o r   its   ad ap tiv e  lear n in g   r ate  ca p ab ilit y   an d   m o m en tu m - b ased   u p d ate  m ec h an is m ,   wh ich   f ac i litate  s tab le  an d   ef f icien t  m o d el  co n v er g e n ce   [ 3 6 ] .   T h e  in itial  lear n in g   r ate  was  s et  to   1 ×1 0 - 3 ,   b alan cin g   co n v e r g en ce   s p ee d   an d   tr ain in g   s tab ilit y   wh ile  p r ev e n tin g   a b r u p t   p ar am eter   u p d ates.  T h e  d etailed   tr ain in g   co n f ig u r atio n   is   s u m m ar ized   in   T a b le  2 .   T o   en s u r e  u n b iased   ev alu at io n ,   th e  d ataset  was   s p lit  u s in g   a  s tr atif ied   8 0 :2 0   t r ain – test   ap p r o ac h ,   with   a  v al id atio n   s u b s et  d er i v ed   f r o m   th e  tr ain in g   d ata  to   m o n ito r   lear n in g   a n d   p r ev e n t  o v e r f itti n g .   Alth o u g h   k - f o ld   cr o s s - v alid atio n   was  n o t  ap p lied   d u e   t o   co m p u tatio n al  c o n s tr ain ts ,   co n s is ten t  in itializatio n ,   an d   co n tr o lled   ex p er im en tal  s ettin g s   wer e  u s ed   to   m ain tain   r esu lt  r eliab ilit y .   T h e   t r ai n i n g   p r o ce s s   w as  c o n d u ct e d   in   t h r e e  s ta g es:   b as eli n e   t r a i n i n g   f o r   3 0   e p o c h s ,   f o llo wed   b y   2 0   ep o ch s   with   d ata  au g m e n tatio n   to   im p r o v e   g en er aliza tio n ,   an d   a  f i n al  2 0 - ep o c h   f in e - tu n in g   s tag e  b y   u n f r ee zin g   all  lay er s ,   r esu ltin g   in   im p r o v ed   r o b u s tn ess   an d   class if icatio n   p er f o r m an ce .       T ab le  2 .   T r ai n in g   h y p e r p ar am eter s   an d   ex p e r im en tal  s etu p   P a r a me t e r   V a l u e   I n p u t   i m a g e   s i z e   6 4 × 6 4   p i x e l s   B a t c h   si z e   32   O p t i mi z e r   A d a m   I n i t i a l   l e a r n i n g   r a t e   1 , 0 0 E - 03   Le a r n i n g   r a t e   s t r a t e g y   C o n st a n t   Ep o c h s ( b a se l i n e   t r a i n i n g )   30   Ep o c h s (w i t h   a u g me n t a t i o n )   20   Ep o c h s (f i n e - t u n i n g )   20   Lo ss f u n c t i o n   C a t e g o r i c a l   c r o ss - e n t r o p y   D a t a   a u g m e n t a t i o n   R o t a t i o n   ( ± 2 0 ° ) ,   w i d t h / h e i g h t   s h i f t   ( 2 0 %),   z o o m ,   s h e a r ,   a n d   h o r i z o n t a l   f l i p   A u g m e n t a t i o n   a p p l i e d   t o   Tr a i n i n g   se t   o n l y       2 . 5 .     M o del e v a lua t i o n   Mo d el  ev alu atio n   was  in itiated   b y   m ea s u r in g   p er f o r m an ce   o n   th e  tr ain in g   d ataset  u s in g   m etr ics  s u ch   as  ac cu r ac y ,   p r ec is io n ,   r ec all,   an d   F1 - s co r e  t o   en s u r e   ef f e ctiv e  f ea tu r e   lear n in g   ac r o s s   all  ten   to m ato   leaf   d is ea s e  clas s es.  T r ain in g   lo s s   an d   ac cu r ac y   tr en d s   wer e  m o n ito r ed   t o   en s u r e  s tab le  lear n in g   an d   to   d etec t  p o ten tial  u n d er f itti n g   o r   o v er f itti n g .   Su b s eq u en tly ,   m o d el  g en er aliza tio n   was  ev alu ated   o n   th e  test in g   d ataset   co n tain in g   u n s ee n   s am p les.  T h is   ev alu atio n   an aly ze d   p er f o r m an ce   g ap s   b etwe en   tr ain in g   an d   test in g   r esu lts   to   id en tif y   o v er f itti n g   o r   u n d er f itti n g   an d   e m p h asized   class - wis e  ac cu r ac y   to   en s u r e   b al an ce d   class if icatio n   ac r o s s   all  d is ea s e  ca teg o r ies.   B ased   o n   th ese  ev alu atio n s ,   r etr ain in g   was  p er f o r m e d   u s in g   Den s eNe t - 121   with   d ata  au g m en tatio n   an d   f in e - tu n in g   to   e n h an ce   r o b u s tn ess   an d   ad ap ta b ilit y   [ 1 4 ] .   Data   au g m en tatio n   was  u s ed   to   s im u late  r ea lis tic  v ar iatio n s   in   t h e  d ata,   wh il e  f in e - tu n in g   en ab led   th e  m o d el  to   b etter   lear n   d o m ain - s p ec if ic  d is ea s e  ch ar ac ter is tics .   A  co n f u s io n   m atr ix   was  th en   u tili ze d   f o r   d etailed   class - lev el  ev alu atio n   b y   s u m m ar izin g   tr u e  p o s itiv es,  tr u e  n e g ativ es,  f al s e  p o s itiv es,  an d   f alse  n e g ativ es ,   wh ich   s er v e  as  th e   b a s is   f o r   ca lcu latin g   p r ec is io n ,   r ec all,   an d   F1 - s co r e ,   as we ll a s   f o r   id en tify in g   s tr e n g th s   an d   wea k n ess es a cr o s s   class es  [ 1 4 ] .   T h e  co n f u s io n   m atr ix   also   s er v ed   as  a  d iag n o s tic  to o l  to   u n co v er   p atter n s   o f   m is class if ic atio n .   Fo r   in s tan ce ,   f r eq u e n t  m is class if i ca tio n   b etwe en   s im ilar   class e s ,   s u ch   as  to m ato   late  b lig h t  an d   to m ato   ea r ly   b lig h t,  m ig h t  in d icate   o v er la p p in g   v is u al  f ea tu r es  th at  r eq u ir e  ad d itio n al  au g m en tati o n   o r   f in e - tu n in g .   Fu r th e r m o r e ,   a   n o r m ali ze d   c o n f u s io n   m atr ix   w as  u s e d   t o   v is u aliz e  t h e  c lass i f i ca t io n   ac c u r ac y   f o r   ea c h   c ate g o r y   as  p e r c en ta g es ,   m ak in g   it   e as ier   t o   i d e n ti f y   u n d e r p e r f o r m i n g   class es.   T h is   m a tr i x ,   wh e n   co m b i n e d   wit h   th e   d e r i v e d   m et r ics ,   li n k e d   t h e  q u a litat iv e  in s ig h ts   w it h   q u a n ti tat i v e   e v i d e n ce ,   an d   o f f e r i n g   ac ti o n a b l e  s t r ate g i es  f o r   im p r o v e m e n t .   I t  als o   v al id ate d   t h e   m o d el' s   r o b u s t n ess   b y   d e m o n s tr ati n g   c o n s is t en t  p e r f o r m a n ce   ac r o s s   al l   d is e ase   c ate g o r ies ,   ess e n ti al   f o r   en s u r i n g   r e lia b il it y   in   r ea l - w o r ld   t o m at o   le af   d is e ase   d et ec t i o n   s c e n a r i o s .       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   Fig u r e  7   s h o ws  t h e  r esu lts   d e m o n s tr ate  th e  i n f lu en ce   o f   p r e p r o ce s s in g   an d   tr ain i n g   s tr ate g ies  o n   th e   p er f o r m an ce   o f   Den s eNe t - 1 2 1   f o r   t o m ato   leaf   d is ea s e  class if icatio n .   I n itially ,   im ag es  wer e  r esized   f r o m   2 5 6 ×2 5 6   to   6 4 ×6 4   p ix els  to   r ed u ce   co m p u tatio n al  co s t  wh ile  r etain in g   k ey   v is u al  f ea tu r es.  Usi n g   th e    Ad am   o p tim izer   with   a  m i n im u m   lear n in g   r ate  o f   1 ×1 0 - 3 ,   th e  ac cu r ac y   c u r v e   s h o wn   in   Fig u r e   7 ( a) ,   in d icate s   th at  th e  m o d el   ac h iev e d   a n   in itial  v alid atio n   ac c u r ac y   o f   7 5 . 5 2 %,   wh ile  th e   lo s s   p r o g r es s io n   in   Fig u r e  7 ( b )   s h o ws  a  co r r esp o n d in g   v alid atio n   lo s s   o f   3 7 . 7 7 %.  T h is   b aselin e  p er f o r m an ce   d em o n s t r ates  th e  ab ilit y   o f   Den s eNe t - 121   to   ex t r ac t f ea tu r es e f f ec tiv ely   ev e n   f r o m   r esiz ed   im ag es,  alb eit  with   r o o m   f o r   im p r o v em en t.   T o   en h an ce   m o d el   p er f o r m a n ce   an d   r ed u ce   o v er f itti n g ,   d at a  au g m e n tatio n   was  i n co r p o r a ted   d u r in g   tr ain in g .   T h e   ap p lied   tec h n iq u es  in clu d ed   r a n d o m   r o tatio n s ,   tr an s latio n s ,   s h ea r in g ,   zo o m in g ,   an d   h o r izo n tal   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       To ma to   lea f d is ea s e  cla s s ifica tio n   u s in g   Den s eNet - 1 2 1   w ith   Da ta   a u g me n ta tio n   …   ( S u fa j a r   B u ts ia n to )   2527   f lip p in g .   T h ese  tr an s f o r m atio n s   in tr o d u ce d   v ar iab ilit y   in to   th e  d ataset,   m im ick in g   r ea l - w o r ld   co n d itio n s   an d   im p r o v in g   th e  m o d el’ s   ab ilit y   to   g en e r alize   to   u n s ee n   d ata.   Fig u r e  8   s h o ws  th e  r es u lt  af ter   ad d   d ata  au g m en tatio n .   T h e  ac cu r ac y   c u r v e  in   Fig u r e  8 ( a)   s h o ws  a  s ig n if ican t  im p r o v em e n t  to   9 5 . 3 1 %,  wh ile  th e  lo s s   cu r v e  i n   Fig u r e  8 ( b )   d ec r ea s es  to   1 1 . 7 4 %.   T h is   m ar k ed   i m p r o v e m en t  e m p h asizes  th e  im p o r tan ce   o f   d ata   d iv er s ity   in   en h an cin g   th e  m o d el' s   ab ilit y   to   g en er alize .   I n   th e  f in al  s tag e,   f i n e - tu n i n g   was  p er f o r m ed   b y   u n f r ee z in g   s elec ted   lay er s   o f   th e  p r e - tr ain ed   Den s eNe t - 1 2 1   m o d el  an d   r et r ain in g   it  u s in g   th e   au g m en t ed   d ataset.   T h is   p r o ce s s   en a b led   th e  n etwo r k   to   ad ju s t  its   lear n ed   r e p r esen tatio n s   to   th e   s p ec if ic  ch a r ac ter i s tics   o f   to m ato   leaf   d is ea s es,  r esu ltin g   in   m o r e   d is cr im in ativ e  an d   task - r ele v a n t  f ea tu r es.  Fig u r e  9   s h o ws  th e  r esu lt  af ter   f in e - tu n in g .   T h e   ac cu r ac y   c u r v e  in   Fig u r e  9 ( a)   d em o n s tr ates  f u r th er   im p r o v e m en t,   r ea ch in g   9 8 . 4 4 %,  wh ile   th e  l o s s   cu r v e  in   Fig u r e   9 ( b )   d ec r ea s es  to   4 . 7 2 %.  T h e  s u b s tan tial  im p r o v em e n t  in   b o th   ac cu r ac y   an d   lo s s   u n d e r s co r es  th e  ef f ec tiv en ess   o f   tr an s f er   lear n in g   an d   th e  cr itic al  r o le  o f   f in e - tu n in g   in   ac h iev in g   o p tim al  p er f o r m an ce .   An aly s is   o f   th e  tr ain in g   an d   v alid atio n   c u r v es  in d icate s   th at  d ata  au g m en tatio n   an d   f in e - tu n in g   s ig n if ican tly   r ed u ce d   o v er f itt in g .   T h e  b aselin e  m o d el  s h o wed   a  n o ticea b le  g ap   b etwe en   tr ain in g   a n d   v alid atio n   ac cu r ac y ,   s u g g esti n g   lim ited   g en er aliza tio n   p er f o r m an ce .   T h is   g ap   p r o g r ess iv ely   n ar r o wed   a f ter   d ata  au g m en tatio n ,   ac co m p an ied   b y   s m o o th e r   lo s s   co n v er g e n ce ,   an d   f u r th er   d im in is h ed   f o llo win g     f in e - tu n in g ,   wh er e   b o th   cu r v es  co n v er g e d   m o r e  clo s ely ,   d em o n s tr atin g   im p r o v ed   tr ai n in g   s tab ilit y   an d   g en er aliza tio n   p er f o r m an ce .   C o m p ar ativ e  r esu lts   ac r o s s   t h e  th r ee   tr ain in g   s tag es  co n f ir m   th e  c u m u lativ e   b en ef its   o f   e ac h   e n h an ce m e n t .   Mo d el  ac c u r ac y   in cr ea s ed   f r o m   7 5 . 5 2 % – 9 8 . 4 4 %,  wh ile  lo s s   d ec r ea s ed   f r o m   3 7 . 7 7 % – 4 . 7 2 %,  h ig h lig h tin g   th e  ef f ec tiv en ess   o f   d ata  au g m en tatio n   a n d   f in e - t u n in g   in   s tr en g th en in g   Den s eNe t - 1 2 1   f ea tu r e  lear n in g .           ( a)   ( b )     Fig u r e  7 .   R esu lt  u s e  Den s eNe t - 121   of   ( a )   ac cu r ac y   an d   ( b )   lo s s           ( a)   ( b )     Fig u r e  8 .   R esu lt  af ter   ad d   d ata   au g m en tatio n   o f   ( a)   ac cu r ac y   an d   ( b )   lo 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.  15 ,   No .   3 ,  J u n e  20 26 :   2 5 2 1 - 2 5 3 2   2528     ( a)       ( b )     Fig u r e  9 .   R esu lt  af ter   f in e - tu n i n g   o f   ( a)   ac c u r ac y   a n d   ( b )   lo s s       Fig u r e  1 0   p r esen ts   th e  ac cu r ac y   r esu lts   o b tain ed   f r o m   ea ch   f o ld   in   th e  5 - f o ld   s tr atif ied     cr o s s - v alid atio n .   T h e  m o d el  d em o n s tr ates  co n s is ten tly   h ig h   p er f o r m a n ce   ac r o s s   all  f o ld s ,   with   ac cu r ac y   v alu es  o f   9 8 . 3 8 % - f o ld   1 ,   9 8 . 5 1 % - f o ld   2 ,   9 8 . 4 7 % - f o ld   3 ,   9 8 . 3 7 % - f o ld   4 ,   a n d   9 8 . 4 7 % - f o ld   5 .   T h e   v ar iatio n   b etwe en   f o l d s   is   m in im al,   i n d icatin g   s tab le  m o d el   b eh a v io r   a n d   s tr o n g   g en er aliza tio n   ca p ab ilit y   ac r o s s   d if f er en t   d ata  p ar titi o n s .   T h e   av er ag e   ac cu r ac y   o f   9 8 . 4 4 %,  as  in d icate d   b y   th e   d ash e d   lin e,   c o n f ir m s   th e   r o b u s tn ess   an d   r eliab ilit y   o f   th e  p r o p o s ed   Den s eNe t - 121   m o d el  with   d ata  au g m en tatio n   a n d   f in e - tu n in g .           Fig u r e  1 0 .   Acc u r ac y   p er   f o ld       T h e  r ep o r ted   p er f o r m an ce   wa s   o b tain ed   u n d er   a   co n tr o lled   ex p er im e n tal  co n f i g u r atio n   u s in g   f ix ed   in itializatio n   s ettin g s   an d   id en tical  tr ain in g   co n d itio n s .   A   f ix ed   r an d o m   s ee d   was  ap p lied   d u r in g   d ataset  s p litt in g   an d   m o d el  in itializa tio n   to   r ed u ce   s to ch asti c  v ar iab ilit y   d u r in g   o p tim izatio n .   C o n s eq u en tly ,   th e   r ep o r ted   ac c u r ac y   r ef lects  a  r ep r o d u cib le  o u tco m e  u n d e r   th e  d ef in e d   ex p e r im en tal  s etu p   r ath er   t h an   a   s to ch asti c  b est - ca s e  o b s er v atio n .   Alth o u g h   r ep ea ted   r u n   s tatis ti ca l  an aly s is   an d   co n f id en c e  in ter v al  esti m atio n   co u l d   f u r th e r   q u a n tify   p er f o r m an ce   v ar iab ilit y ,   th e   p r im ar y   o b jectiv e   o f   th is   s tu d y   is   to   e v alu ate  t h e  e f f ec tiv en e s s   o f   a   p r o g r ess iv e   tr ain in g   s tr ateg y   with in   a  s in g le  co n s is ten t  ex p er im en tal  p ip elin e.   T h e  s tag ed   im p r o v em e n ts   o b s er v ed   ac r o s s   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       To ma to   lea f d is ea s e  cla s s ifica tio n   u s in g   Den s eNet - 1 2 1   w ith   Da ta   a u g me n ta tio n   …   ( S u fa j a r   B u ts ia n to )   2529   b aselin e  tr ain in g ,   au g m en tati o n ,   an d   f in e - tu n in g   p r o v i d e  in ter n al  co m p ar ativ e  ev i d en ce   in d icatin g   th at  th e  o b s er v ed   p er f o r m an ce   g ain s   a r e  p r im ar ily   ass o ciate d   with   th e  p r o p o s ed   tr ain in g   p r o ce d u r e.   T h ese  r esu lts   in d icate   th at  a  s tr u ctu r ed   p ip elin e   in teg r atin g   p r ep r o ce s s in g ,   d ata  a u g m en tatio n ,   an d   f in e - tu n in g   is   h ig h ly   ef f ec tiv e  f o r   to m ato   leaf   d is ea s e  class if i ca tio n .   T h e  ac h iev e d   h ig h   ac c u r ac y   an d   l o w  lo s s   d em o n s tr ate  th e   m o d el’ s   r eli ab ilit y   f o r   p r ac tical  a g r icu ltu r al  ap p licatio n s .   Fu t u r e  w o r k   m ay   in co r p o r ate   ad v an ce d   ap p r o ac h es,  s u ch   as  atten tio n   m ec h an is m s   o r   e n s em b le  m eth o d s ,   to   f u r th er   en h an ce   p er f o r m an c e   an d   r o b u s tn ess   u n d er   v ar y i n g   co n d itio n s .   T h e  p e r - class   ev alu atio n   r e s u lts   in   T ab le  3   d em o n s tr ate  th at  th e   p r o p o s ed   m o d el   ac h iev es   co n s is ten tly   h ig h   p er f o r m a n c e  ac r o s s   m o s t  to m ato   leaf   d is ea s e  ca teg o r ies,  with   an   o v er all  ac cu r ac y   o f   9 8 . 4 4 %  af ter   f in e - t u n in g .   T o m ato   m o za ic  v ir u s   ac h iev es  p er f ec t  r ec all  1 0 0 %  d esp ite  h av in g   f ewe r   s am p les,  in d icatin g   th at   its   v is u al  c h ar a cter is tics   ar e  h ig h ly   d is tin g u is h ab le  b y   t h e  m o d el.   Ho wev er ,   lo wer   p er f o r m an ce   is   o b s er v ed   in   to m ato   s p id er   m ites   an d   to m ato   tar g et  s p o t ,   as  r ef lecte d   in   th ei r   r ed u ce d   p r ec is io n   an d   r ec all  v alu es.  T h is   b eh av io r   is   f u r th er   s u p p o r ted   b y   t h e  co n f u s io n   m atr ix ,   wh er e  t h ese  class es  ex h ib it  h ig h er   m is class if icatio n   r ates.  T h e  p r im ar y   r ea s o n   lies   in   th e  s t r o n g   v is u al  s im ilar ity   b etwe en   th ese  ca teg o r ies,  p ar ticu lar ly   in   ter m s   o f   tex tu r e  p atter n s ,   lesi o n   d is tr ib u tio n ,   an d   co lo r   v a r iatio n s ,   wh ich   o v er lap   s ig n if ican tly   an d   m ak e  d is cr im in atio n   m o r e  ch allen g in g .   I n   co n tr ast,  cla s s es  s u ch   as  to m ato   h ea lth y   an d   to m ato   y ello w   leaf   cu r l   v ir u s   s h o w   n ea r - p er f ec t  p er f o r m an ce   d u e  t o   m o r e   d is tin ct  v is u al  f ea tu r es.  T h ese   f in d i n g s   h i g h lig h t   th at  wh ile  th e  m o d el  is   r o b u s t  o v er all,   class if icatio n   er r o r s   ar e  m ain ly   co n ce n tr ate d   in   v is u a lly   s im ilar   d is ea s e   ca teg o r ies,  s u g g esti n g   th at  a d d itio n al  f ea tu r e  en h an ce m e n t  o r   h i g h er - r eso lu tio n   in p u ts   c o u ld   f u r th er   im p r o v e  class - lev el  d is cr im in atio n .   Data   au g m en tatio n   an d   f in e - tu n in g   p ar ticu lar l y   b en ef ited   cla s s es  with   h ig h   v is u al  v ar iab ilit y ,   s u ch   as  to m ato   ea r ly   b lig h t  an d   to m ato   s ep to r ia   leaf   s p o t,   wh er e   im p r o v e d   r ec all   in d icate s   en h an ce d   g e n er aliza tio n .   C o n v er s ely ,   m is class if icatio n   r em ain ed   m o r e  f r e q u en t  b etwe en   v is u ally   s im ilar   d is ea s e  p air s ,   n o tab ly   ea r ly   b lig h t  v er s u s   late  b lig h t  a n d   ta r g et  s p o t   v er s u s   s p id er   m ites .   Alth o u g h   Den s eNe t - 1 2 1   was  o r ig in ally   d esig n ed   f o r   2 2 4 ×2 2 4   in p u ts ,   r esizin g   im ag es  to   6 4 ×6 4   was  ad o p ted   to   r ed u ce   co m p u tatio n al   co s t  an d   s u p p o r t   d ep lo y m e n t  o n   r eso u r ce - c o n s tr ain ed   p latf o r m s .   Desp ite  p o ten tial  lo s s   o f   f in e - g r ain ed   d etails,  th e  m o d el   m ain tain ed   h ig h   p r ec is io n   an d   r ec all,   in d icatin g   th at  g lo b al   co lo r   an d   s tr u ctu r al  f ea tu r es  r em ain   in f o r m ati v e   u n d er   co n tr o lled   co n d itio n s .   Ho wev er ,   f u r th e r   v alid atio n   u s in g   r ea l - f ield   d ata   is   n ee d ed   to   en s u r e   r o b u s tn ess   in   d iv er s e  en v ir o n m e n ts .       T ab le  3 .   Per - class   p er f o r m an c e  o f   Den s eNe t - 1 2 1   D i sea s e   c l a ss   P r e c i s i o n   ( %)   R e c a l l   ( %)   F1 - sc o r e   ( %)   S u p p o r t   To ma t o   b a c t e r i a l   s p o t   95   93   94   87   To ma t o   e a r l y   b l i g h t   91   97   94   96   To ma t o   l a t e   b l i g h t   1 0 0   93   97   1 2 2   To ma t o   l e a f   mo l d   1 0 0   90   95   92   To ma t o   se p t o r i a   l e a f   sp o t   87   98   92   94   To ma t o   s p i d e r   m i t e s ( t w o - s p o t t e d   sp i d e r   m i t e )   99   81   89   1 0 8   To ma t o   t a r g e t   sp o t   81   96   88   1 0 8   To ma t o   y e l l o w   l e a f   c u r l   v i r u s   99   94   97   1 0 9   To ma t o   m o z a i c   v i r u s   99   1 0 0   99   82   To ma t o   h e a l t h y   95   1 0 0   98   1 0 2       T h is   s tu d y   f o cu s es  o n   an aly z in g   th e   im p ac t  o f   p r ep r o ce s s in g ,   d ata  au g m en tatio n ,   an d   f i n e - tu n in g   with in   a  f ix ed   Den s eNe t - 1 2 1   b ac k b o n e  r ath er   th an   b en ch m ar k in g   m u ltip le  C NN  ar ch itectu r es.  T h e  b aselin e   co n f ig u r atio n ,   Den s eNe t - 1 2 1   tr ain ed   with o u t  au g m en tatio n   an d   f in e - t u n in g   s er v ed   as  an   in ter n al  r ef er e n ce ,   en ab lin g   is o latio n   o f   p er f o r m a n ce   im p r o v em e n ts   attr ib u tab le   to   th e   p r o p o s ed   tr ain i n g   s tr at eg y .   I t  s h o u ld   also   b e  n o te d   th at   m o d el   g en e r a lizatio n   was  ev alu ated   o n ly   with in   a  s in g le   b en c h m ar k   d ataset,   r ef lectin g     in tr a - d ataset  p er f o r m an ce   r at h er   th an   cr o s s - d ataset  r o b u s tn ess .   I n   ad d itio n ,   in ter p r etab ilit y   an aly s is   wa s   b ey o n d   th e  s co p e   o f   t h is   s tu d y .     T ab le  4   p r esen ts   a  co m p ar is o n   b etwe en   th e   p r o p o s ed   ap p r o a ch   an d   s ev er al  p r ev io u s   s tu d ie s   o n   p la n t  leaf   d is ea s e  clas s if icatio n   u s i n g   d if f e r en t  d atasets ,   p r ep r o c ess in g   s tr ateg ies,  an d   d ee p   lear n in g   ar c h itectu r es.   Pri o r   wo r k s   h a v e  e x p lo r e d   a  w id e   r an g e  o f   m o d els ,   i n cl u d i n g   lig h t wei g h t a r ch ite ct u r es  s u c h   as  m i c r o co n t r o ll e r   u n it   n et wo r k   ( MCUNe t )   [ 2 8 ] ,   r e g i o n - b ase d   a p p r o ac h es   l ik e   r e g io n - b ase d   c o n v o lu ti o n al   n e u r al   n et wo r k     ( R - C NN )   [ 2 6 ]   a n d   m as k   r eg i o n - b as ed   c o n v o l u ti o n a l   n e u r al   n et wo r k   ( MRC NN )   c o m b i n e d   wit h   o p ti m i za ti o n   tec h n i q u es  [ 3 7 ] ,   as  wel l  as   c o n v e n ti o n al   C NN   in cl u d in g   V GG - 1 6 ,   VGG - 1 9   [ 3 8 ] ,   Ale x N et  [ 2 2 ] ,   a n d   h y b r id   R esNet - 50 – s u p p o r t v ec t o r   m a ch in e  ( SVM )   f r am ewo r k s   [ 2 1 ] .   R ep o r te d   a cc u r ac i es  v ar y   f r o m   9 1 . 3 2 % – 9 8 . 0 0 % ,   d e p e n d i n g   o n   d a tas et  c o m p l ex i ty ,   n u m b e r   o f   cl ass es ,   a n d   p r ep r o ce s s i n g   c o n f i g u r at io n s .   Mo s t  ex is tin g   s tu d ies   em p lo y   im ag e  r esizin g   an d   d ata  au g m en tatio n   as  ess en tial   p r ep r o ce s s in g   s tep s   to   en h an ce   m o d el  g en er aliza tio n .   Ho wev er ,   p er f o r m a n ce   d if f er en ce s   ar e  s tr o n g ly   in f lu en ce d   b y   d ataset  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.  15 ,   No .   3 ,  J u n e  20 26 :   2 5 2 1 - 2 5 3 2   2530   ch ar ac ter is tics   an d   class if icatio n   co m p lex ity ,   p ar ticu lar l y   t h e  n u m b er   o f   d is ea s e  ca teg o r ies.  Fo r   ex a m p le,   s ev er al  s tu d ies  ac h iev in g   h ig h   ac cu r ac y   wer e  co n d u cte d   o n   d atasets   co n tain in g   f e wer   class es,  wh ich   g en er ally   r e d u ce s   class if icatio n   d if f icu lty .   I n   co m p ar is o n ,   th e   p r o p o s ed   Den s eNe t - 121 - b ased   a p p r o ac h   ac h iev es  an   ac c u r ac y   o f   9 8 . 4 4 %  o n   th e   Plan tVillag e  d ataset  with   ten   d is ea s e  class es,  in co r p o r a tin g   im ag e   r esizin g ,   d ata  a u g m en tatio n ,   an d     f in e - tu n in g   with in   a  tr a n s f er   lear n in g   f r am ewo r k .   T h e   r esu lts   d em o n s tr ate  th at  o p ti m izin g   th e  tr ain in g   s tr ateg y   an d   lev e r ag in g   d en s e   f ea tu r e  r e u s e  ca n   ac h iev e  c o m p etitiv e  p er f o r m an ce   e v en   with   in cr ea s ed   class   co m p lex ity .   T h ese  f in d in g s   s u g g est  th at  m eth o d o lo g ical  r ef in em en t  th r o u g h   p r o g r ess iv e  tr ain in g   s tag es     ca n   b e  as  in f lu en tial  as  ar ch itectu r al  v ar iatio n   in   im p r o v i n g   class if icatio n   p er f o r m a n ce   f o r   p lan t  d is ea s e   d etec tio n   task s .       T ab le  4 .   C o m p a r is o n   r esu lt   A u t h o r   D a t a s e t   N u mb e r   o f   c l a ss e s   Pre - p r o c e ssi n g   M o d e l   a r c h i t e c t u r e   A c c u r a c y   ( %)   [ 2 8 ]   P l a n t V i l l a g e   4   I mag e   r e si z i n g ,   a n d   d a t a   a u g me n t a t i o n   M C U N e t   9 1 . 3 2   [ 3 7 ]   A I   c h a l l e n g e r   8   N o i se   r e m o v a l ,   d a t a   a n n o t a t i o n ,   d a t a   a u g me n t a t i o n ,   a n d   d a t a   r e s i z e   M R C N N ,   A n t   c o l o n y   o p t i m i z e r   9 7 . 6 6   [ 2 6 ]   P l a n t V i l l a g e   6   G r a y sc a l e   i m a g e   a n d   i ma g e   r e si z i n g   R - C N N   9 6 . 7 3   [ 3 8 ]   K a g g l e   11   D a t a   a u g m e n t a t i o n   VGG - 1 6 ,   V G G - 19   9 5 . 0 0   [ 2 2 ]   K a g g l e   10   -   A l e x N e t   9 8 . 0 0   [ 2 1 ]   P l a n t V i l l a g e   4   I mag e   r e si z i n g   R e sN e t - 5 0 ,   S V M   9 3 . 3 3   O u r   p r o p o se d   P l a n t V i l l a g e   10   I mag e   r e si z i n g ,   d a t a   a u g me n t a t i o n ,   a n d   f i n e - t u n i n g   D e n seN e t - 1 2 1   9 8 . 4 4       4.   CO NCLU SI O N   T h is   s tu d y   d e m o n s tr ates  th at  in teg r atin g   im a g e  p r ep r o ce s s in g ,   d ata  au g m en tatio n ,   an d   f i n e - tu n in g   ef f ec tiv ely   en h a n ce s   Den s eNe t - 121   f o r   to m at o   leaf   d is ea s e  class if icatio n .   R esiz in g   im ag es  to   6 4 ×6 4   p ix els   p r o v id e d   a   co m p u tatio n ally   e f f icien t  b aselin e  wh ile   p r eser v in g   ess en tial  v is u al  c h ar ac te r is tics ,   ac h iev in g   an   in itial  ac cu r ac y   o f   7 5 . 5 2 %.  T h e  in tr o d u ctio n   o f   d ata  au g m en tatio n   im p r o v ed   g e n er aliza t io n   p er f o r m an ce   t o   9 5 . 3 1 %,   an d   s u b s eq u e n t  f i n e - t u n in g   f u r th er   i n cr ea s ed   ac c u r a cy   to   9 8 . 4 4 %  with   r ed u ce d   lo s s ,   h ig h lig h tin g   th e   cu m u lativ e  im p ac t  o f   p r o g r es s iv e  tr ain in g   s tag es.  T h ese  r e s u lts   in d icate   th at  o p tim izin g   tr ain in g   s tr ateg ies   with in   a  tr a n s f er   lea r n in g   f r a m ewo r k   ca n   p r o d u ce   a  s tab le   an d   h ig h - p e r f o r m in g   class if icatio n   m o d el  u n d e r   co n tr o lled   e x p er im e n tal  co n d itio n s .   Alth o u g h   th e  f i n d in g s   s h o w  p r o m is in g   p o ten tial  f o r   au to m ated   p la n t  d is ea s e  an aly s is ,   f u r th er   v alid atio n   u s in g   r ea l - f ield   d atasets   is   r eq u ir ed   to   co n f ir m   r o b u s tn ess   in   p r ac tical   en v ir o n m en ts .   Fu tu r e  wo r k   will in v esti g ate  h ig h er   in p u t r eso lu tio n s ,   alter n ativ e  ar ch itectu r es,  an d   ex p lain ab le   AI   ap p r o ac h es to   f u r th er   im p r o v e  g e n er aliza tio n   ca p a b ilit y   a n d   r ea l - wo r ld   ap p licab ilit y .       F UNDING   I NF O R M A T I O N   T h is   wo r k   was  s u p p o r ted   b y   Dep ar tm en t  o f   R esear ch   a n d   C o m m u n ity   Ser v ice,   Pelita  B an g s a   Un iv er s ity ,   f o r   s u p p o r tin g   a n d   f u n d i n g   th is   r esear ch .   T h is   r esear ch   r ec eiv ed   n o   s p ec if ic  g r an t  f r o m   an y   f u n d in g   ag e n cy   in   t h e  p u b lic,   co m m er cial,   o r   n o t - f o r - p r o f it secto r s .       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   Su f ajar   B u ts ian to   ✓   ✓     ✓   ✓       ✓   ✓     ✓   ✓   ✓   ✓   An g g i M u h a m m ad   R if a’ 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.