I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m pu t er   Science   Vo l.   4 3 ,   No .   1 Ju ly   2 0 2 6 ,   p p .   157 ~ 17 8   I SS N:  2 5 0 2 - 4 7 5 2 ,   DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijeecs.v 4 3 .i 1 . pp 157 - 17 8           157       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ee cs.ia esco r e. co m   H a wkNe t:   a n  int e llig ent  bio - inspi re d optimiza tion  ba sed pa tch  wise a da ptive U - Net fra mewo rk  for ret ina l  bloo d ves sel  seg menta tion in  f undus  ima g es       Sa ba   Sh eiba 1 ,2 ,   M   Nee la k a nta pp a 3   1 D e p a r t me n t   o f   C o m p u t e r   S c i e n c e   a n d   E n g i n e e r i n g ,   B EST I n n o v a t i o n   U n i v e r si t y ,   G o r a n t l a ,   I n d i a   2 D e p a r t me n t   o f   C S   a n d   A I ,   M u f f a k h a m Ja h   C o l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g   a n d   Te c h n o l o g y ,   H y d e r a b a d ,   I n d i a   3 D e p a r t me n t   o f   I n f o r mat i o n   Te c h n o l o g y ,   V a s a v i   C o l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g ,   H y d e r a b a d ,   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   Feb   1 8 ,   2 0 2 6   R ev is ed   J u n   2 3 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   J u n   2 9 ,   2 0 2 6       Th e   a c c u ra te  se g m e n tatio n   o re ti n a b lo o d   v e ss e ls  p lay s   a   p i v o tal  r o le  i n   t h e   e a rly   d iag n o sis   a n d   m o n it o ri n g   o h e a lt h   issu e li k e   d iab e tes ,   h ig h   b l o o d   p re ss u re ,   a n d   g lau c o m a .   Trad it i o n a m a c h i n e   lea rn i n g   tec h n iq u e su c h   a s   m a tch e d   fil terin g ,   m o r p h o l o g ica p r o c e ss in g ,   a n d   e d g e   d e tec ti o n   h a v e   a   to u g h   ti m e   t o   se e   t in y   b lo o d   v e s se ls  c lea rly   b e c a u se   e y e   ima g e o ften   h a v e   u n e v e n   li g h ti n g ,   p o o c o n tras t,   a n d   b l o o d   v e ss e ls  th a twist  a n d   tu r n   i n   c o m p lex   wa y s.  To   o v e rc o m e   th e se   c h a ll e n g e s,  th is  wo rk   i n tr o d u c e a n   imp ro v e d   P a tch - wise   U - Ne m e th o d   with   Ha rris  Ha wk   o p ti m iza ti o n   (HH O).  Th e   p a tch   sy ste m   s p li t   fu n d u im a g e in t o   o v e rlap p in g   p a tch e s,  e n a b li n g   t h e   n e two rk   t o   fo c u o n   lo c a li z e d   v e ss e fe a tu re su c h   a fin e   c a p il larie s,  b ifu rc a ti o n s,   a n d   v e ss e b o u n d a ries   th a t   a re   o ften   m isse d   in   g lo b a l   se g m e n tatio n .   M e a n wh il e ,   HH is  e m p l o y e d   t o   fi n e - tu n e   t h e   U - Ne t’s  h y p e r p a ra m e ters   a n d   lea rn in g   we ig h ts,  a c h iev in g   fa ste c o n v e rg e n c e   a n d   e n h a n c e d   se g m e n tati o n   a c c u ra c y   wit h o u m a n u a t u n i n g .   T o   e sta b li sh   g e n e ra li z a b il it y   a n d   r e li a b il i ty ,   t h e   p ro p o se d   fra m e wo rk   is   rig o ro u sly   tes ted   o n   two   sta n d a rd   re ti n a ima g e   re p o sito r ies   DRIV E,   a n d   S TARE.   Ex p e rime n tal  e v a lu a ti o n   d e m o n stra tes   sig n i fica n im p ro v e m e n i n   k e y   p e rfo rm a n c e   m e tri c s,  in c l u d i n g   a c c u ra c y   o f   9 7 . 8 % ,   p re c isio n   9 5 . 8 % ,   re c a ll  9 6 . 5 % ,   f 1 - sc o re   9 7 . 3 % ,   I o o 9 6 . 2 % ,   a n d   d ice   c o e fficie n t   (D C)   9 4 . 3 % ,   h ig h li g h ti n g   th e   m o d e l’s   c a p a b il it y   t o   c a p t u re   t h i n   a n d   t h i c k   v e ss e ls   stru c tu re wh il e   m in imiz in g   f a lse   d e tec ti o n s.  A d d i ti o n a ll y ,   q u a li tati v e   se g m e n tatio n   fu rt h e c o n firm  t h a t h e   p r o p o se d   fra m e wo rk   e ffe c ti v e ly   p re se rv e th e   c o n ti n u it y   a n d   m o r p h o lo g y   o t h i n   a n d   th ick   v e ss e ls,  e v e n   i n   re g io n s   with   lo w   c o n tras o r   u n e v e n   il lu m i n a ti o n .   O v e ra ll ,   t h e   p r o p o se d   m e th o d   v isu a i n sp e c ti o n   h a re v e a led   th a t h e   su g g e ste d   m e th o d   c a n   se g m e n th in   a n d   t h ick   v e ss e ls  with   g re a ter  a c c u ra c y   th a n   p re v io u m e th o d s .   It   a lso   d e m o n stra tes   it s p o ten ti a l   f o re a l - li fe   c li n ica a p p li c a ti o n .   K ey w o r d s :   Dee p   lear n in g   Fu n d u s   im ag es   Har r is   Haw k   o p tim izatio n   Me d ical  im ag an aly s is   Patch - W is U - Net   R etin al  b lo o d   v ess el  s eg m en tatio n   T h is i 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 :   Sab Sh eib a   Dep ar tm en t o f   C o m p u ter   Scie n ce   an d   E n g in ee r in g B E ST  I n n o v atio n   Un iv er s ity   Go r an tla ,   An d h r Pra d esh ,   I n d ia   E m ail:  s ab a. s h eib a@ m jco lleg e. ac . in       1.   I NT RO D UCT I O N   T h h u m an   r etin a   s er v es  as  a   n o n - in v asiv g atew ay   to   th c ir cu lato r y   an d   n er v o u s   s y s tem s ,   o f f er i n g   v ital d iag n o s tic  s ig n s   f o r   th e   e ar ly   d etec tio n   o f   s y s tem ic  an d   o p h th alm ic  d is ea s es su ch   as d i ab etic  r etin o p ath y ,   g lau co m a,   h y p er ten s io n ,   an d   ar ter io s cler o s is   [ 1 ] .   R etin al  f u n d u s   im a g in g   p r o v id es  d etai led   v is u aliza tio n   o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  4 3 ,   No .   1 ,   Ju ly   20 2 6 :   157 - 17 8   158   th v ascu lar   s tr u ctu r e,   wh er e   s u b tle  v a r iatio n s   in   v ess el  m o r p h o lo g y ,   ca lib e r ,   a n d   b r a n ch in g   p atter n s   ca n   in d icate   d is ea s p r o g r ess io n   o r   n e u r o lo g ical  ab n o r m alities .   Au to m ated   r etin al  b lo o d   v ess el  s eg m en tatio n   th er ef o r p lay s   f u n d am en tal   r o le  in   clin ical  im ag an aly s is ,   as  ac cu r ate  ex tr ac tio n   o f   b o th   th in   an d   th ick   v ess els  en ab les  r eliab le  q u an tific atio n   o f   p ath o lo g ical  b io m a r k er s .   I n   r ec en y ea r s   [ 2 ] ,   t h r ap id   ev o lu tio n   o f   d ee p   lear n in g   h as  s ig n if ican tly   tr an s f o r m ed   m e d ical  im ag s eg m en tatio n ,   p r o v id in g   d ata - d r iv en   m o d els  th at  ac h iev r em a r k ab le   ac cu r ac y   in   d elin ea tin g   a n ato m ical  s tr u ctu r es  [ 3 ] ,   [ 4 ] .   Desp ite  th ese  ad v an ce m e n ts ,   p r ec is s eg m en tatio n   o f   r etin a v ess els  r em ain s   ch allen g in g   p r o b lem   d u to   th c o m p le x   ch ar ac ter is tics   o f   f u n d u s   im ag es  [ 5 ] .   T h v a r ia b ilit y   in   v ess el  th ick n ess ,   th e   lo co n tr ast  b etwe en   v ess el s   an d   b ac k g r o u n d   tis s u e,   u n ev en   illu m in atio n ,   an d   th e   p r esen ce   o f   b r ig h t   lesi o n s   o r   o p tic  d is r eg io n s   f r eq u en tly   lead   to   m is class if icatio n   an d   d is co n ti n u ities   in   v ess el  m ap s .   T r ad itio n al  ap p r o ac h es  b ased   o n   m atch e d   f ilter in g ,   m o r p h o l o g ical  tr an s f o r m atio n s ,   an d   th r esh o ld in g   h av s tr u g g led   to   g en er alize   ac r o s s   d if f er en d atasets   b ec au s o f   th eir   s en s itiv ity   to   n o i s an d   illu m in atio n   v ar iatio n   [ 6 ] ,   [ 7 ] .   E v en   with   th in tr o d u ctio n   o f   c o n v o lu tio n al  n eu r al  n etwo r k s   ( C NNs),   ca p tu r in g   m icr o - v ess el  d etails  an d   p r eser v i n g   v ess el  co n tin u ity   r em ain   d i f f icu lt,  as  co n v en tio n al  ar ch i tectu r es  o f ten   l o s s p atial  in f o r m atio n   d u r in g   p o o lin g   o p er atio n s   an d   p r o d u ce   in co m p lete  s eg m en tatio n   in   ar ea s   with   wea k   g r ad ien ts   o r   p ath o l o g ical  d is tu r b an ce s   [ 8 ] .   T o   ad d r ess   th ese  ch allen g es,  r esear ch e r s   h av e   p r o p o s ed   v a r iety   o f   d ee p   lear n in g   m o d els  aim ed   at  en h an cin g   s tr u ctu r al   f ea tu r r eten tio n   a n d   im p r o v in g   g e n er aliza tio n .   Am o n g   th em ,   th U - Net  ar ch itectu r h as  em er g ed   as  th p r ed o m in an f r am ew o r k   f o r   m ed ical  im ag e   s eg m en tatio n   b ec au s o f   its   s y m m etr ic  en co d er d ec o d e r   s tr u ctu r a n d   s k ip   c o n n ec tio n s   th at  allo ef f ec tiv e   f u s io n   o f   lo w -   a n d   h i g h - lev el  f ea tu r es  [ 9 ] .   Nu m er o u s   U - Net   v ar ian ts ,   in clu d in g   r esid u al  U - Net,   atten tio n   U - Net,   an d   d e n s U - Net ,   h av e   b ee n   d esig n ed   to   en h an ce   f ea tu r p r o p ag atio n   an d   v ess el  b o u n d ar y   clar ity .   So m e   ap p r o ac h es  em p lo y   m u lti - s ca le  co n v o lu tio n s   o r   r ec u r r e n la y er s   to   b etter   ca p tu r s p atial  d ep en d en cies,  w h ile  o th er s   in teg r ate  p o s t - p r o ce s s in g   f ilter s   to   r ef in v ess el  co n n ec tiv ity .   Alth o u g h   th ese  m o d if icatio n s   y ield   p er f o r m an ce   im p r o v em en ts ,   m an y   U - Net - b ased   m o d els  s till   r ely   o n   g lo b ally   p r o ce s s ed   im ag es,  wh ich   ca n   o b s cu r f in e - g r ain e d   v ess el  p a tter n s ,   p ar ticu lar ly   in   s m all  ca p illar ies  an d   b if u r c atio n s   [ 1 0 ] .   Ad d itio n ally ,   th eir   p er f o r m an ce   d ep en d s   h ea v ily   o n   m a n u al  h y p e r p ar am ete r   tu n in g ,   s u ch   as  lea r n in g   r ate,   c o n v o lu ti o n al  k er n el   s ize,   an d   n u m b er   o f   f ilter s   p er   lay er ,   wh ich   n o o n ly   r e q u ir es  ex p er ex p e r ien ce   b u also   lim its   s ca lab il ity   ac r o s s   d atasets .   T h ab s en ce   o f   ad ap tiv o p tim izatio n   in   t h ese  m o d els  o f ten   lea d s   to   s u b o p t im al  co n v er g en ce ,   o v er f itti n g ,   o r   p o o r   g e n er aliz atio n   wh en   ap p lied   t o   im ag e s   ca p tu r ed   u n d er   d if f e r en lig h tin g   o r   r eso lu tio n   co n d itio n s .   Fig u r 1   r ep r esen ts   g en e r al  p r o ce s s es  in v o lv ed   in   s eg m e n tatio n   o f   r eti n al  b lo o d   v ess els.  I n   p u r s u it   o f   h ig h er   p r ec is io n   an d   r o b u s tn ess ,   o p tim izatio n - d r iv en   d e ep   lear n in g   h as  b ec o m p r o m in e n r esear ch   d ir ec tio n .   Me tah eu r is tic  alg o r ith m s   in s p ir ed   b y   n atu r al  a n d   b io lo g ical  p r o ce s s es  s u ch   as  p ar ticle  s war m   o p tim izati o n   ( PS O) ,   g e n etic  alg o r ith m s   ( GA) ,   an d   g r ey   wo lf   o p tim izatio n   ( GW O)   h av d em o n s tr ate d   ef f ec tiv en ess   in   tu n in g   m o d el  p ar am eter s   f o r   co m p lex ,   n o n li n ea r   p r o b lem s   [ 1 1 ] .   T h ese  alg o r ith m s   ar ca p ab le  o f   b alan ci n g   e x p lo r atio n   an d   ex p lo itatio n   with in   th s ea r ch   s p ac e,   allo win g   n eu r al   n etw o r k s   to   r ea ch   n ea r - o p tim al  co n f ig u r atio n s   with   f ewe r   m an u al   in ter v e n tio n s .   H o wev er ,   m an y   o f   th ese  o p tim izatio n   tech n iq u es  s till   f ac ch allen g es  s u ch   as  p r em atu r c o n v e r g en ce ,   lo ca m in im en tr a p m en t,   o r   h ig h   c o m p u tatio n al   co s ts   wh en   s ca led   to   d e ep   ar c h itectu r es.  T h u s ,   th e r is   an   in s is ten n ee d   f o r   an   in tellig en an d   ef f icien o p tim izatio n   m ec h an is m   th at  ca n   a u to m atic ally   f in e - tu n e   d ee p   s eg m e n tatio n   m o d els  to   ad ap to   th in tr in s ic  v ar iab ilit y   o f   r etin al  f u n d u s   im ag es.            Fig u r 1 .   Gen e r al  p r o ce s s es in v o lv ed   i n   s eg m en tatio n   o f   r eti n al  b lo o d   v ess els f r o m   f u n d u s   im ag e       Alth o u g h   p r e v io u s   s tu d ies  h a v e   ex p lo r ed   p atc h - b ased   U - N et  ar ch itectu r es  a n d   o p tim izati o n - ass is ted   s eg m en tatio n   s ep ar ately ,   th e   p r o p o s ed   Haw k Net  f r am ewo r k   d if f er s   b y   estab lis h in g   a   s y n er g is tic  in ter ac tio n   b etwe en   lo ca lized   p atch - wis lear n in g   an d   Har r is   Ha wk   o p tim izatio n   ( HHO) .   U n lik co n v en tio n al   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       Ha w kNet:  A n   in tellig en t b io - i n s p ir ed   o p timiz a tio n   b a s ed   p a tch   w is a d a p tive  U - N et  …  ( S a b a   S h eib a )   159   ap p r o ac h es,  HHO  co n tin u o u s ly   ad ap ts   lea r n in g   p a r am eter s   to   im p r o v f ea tu r e   ex tr ac tio n   an d   c o n v er g en ce ,   wh ile  p atch - wis lear n in g   p r eser v es  th in   v ess el s ,   ca p illar i es,  an d   b if u r ca tio n   s tr u ctu r es .   T h is   clo s ed - lo o p   o p tim izatio n - lear n i n g   m ec h a n is m   en h an ce s   v ess el  co n tin u ity ,   r o b u s tn ess   to   illu m in atio n   v ar iatio n s ,   an d   g en er aliza tio n   ac r o s s   h eter o g en eo u s   r etin al  d atasets ,   d is tin g u is h in g   Haw k Net  f r o m   ex is tin g   o p tim izatio n - en h an ce d   U - Net  f r am ewo r k s .   Mo tiv ated   b y   th ese  lim itatio n s ,   th is   s tu d y   in tr o d u ce s   Haw k Net.   T h co r id ea   b e h in d   Ha wk Net  lies   in   co m b in in g   lo ca lized   p atch - wis lear n in g   s tr ateg y   with   p o wer f u b io - in s p ir e d   o p ti m izatio n   alg o r ith m   k n o wn   as  HHO .   I n s tead   o f   p r o ce s s in g   th en tire   f u n d u s   im a g g lo b ally ,   th p r o p o s ed   f r a m ewo r k   d iv id es e ac h   im ag in to   o v er lap p i n g   p atch e s ,   en ab lin g   th e   m o d el  to   f o cu s   o n   lo ca l   v ess el  f ea tu r es   s u ch   as  th in   ca p illar ies,  b if u r ca tio n s ,   an d   cu r v e d   s tr u ctu r es  th at  ar o f ten   m is s ed   in   g lo b al  tr ain in g .   T h is   p atch - wis U - Net  ap p r o ac h   n o o n ly   e n h an ce s   f in e   v ess el  d etec tio n   b u t   also   en s u r es  b etter   h an d lin g   o f   lo ca c o n t r ast  v ar iatio n s   an d   illu m in atio n   in co n s is ten cy .   T h HHO  alg o r ith m   au to m atica lly   ad ju s ts   k ey   p atch   wis U - Ne h y p er p a r am eter s   in clu d in g   lear n in g   r ate,   f ilter   s ize,   an d   weig h in itializatio n   ac h iev i n g   f aster   c o n v er g e n ce   an d   im p r o v ed   ac cu r ac y   with o u m an u al  s u p er v is io n .   T h h y b r id izatio n   o f   U - Net’ s   h ier ar ch ical  f ea tu r ex tr ac tio n   with   HHO’ s   d y n am ic  o p tim izatio n   en ab les  th e   n etwo r k   to   lea r n   b o th   g l o b al  c o n tex t   an d   lo ca lized   m icr o - v ess el  r ep r esen tatio n s   ef f icien tly ,   r ed u cin g   s eg m en tatio n   d is co n tin u ities   an d   f alse d etec tio n s .       T o   d ev el o p   an   ad ap tiv e   Haw k Net  ar ch itectu r u s in g   p atch - wis tr ain in g   an d   b alan ce d   e n co d er d ec o d er   s k ip   co n n ec tio n s   f o r   ac c u r ate   s eg m e n tatio n   o f   f in a n d   th i ck   r etin al  v ess els  u n d er   c h allen g in g   im a g in g   co n d itio n s .     T o   in teg r ate  HHO  f o r   au to m ated   h y p er p ar am eter   an d   weig h tu n in g ,   im p r o v in g   le ar n in g   s tab ilit y ,   s eg m en tatio n   p r ec is io n ,   an d   r e d u cin g   r elian ce   o n   lar g a n n o t ated   r etin al  d atasets .     T o   ev alu ate  Haw k Net’ s   r o b u s tn ess   an d   g en er aliza tio n   ab ilit y   ac r o s s   DR I VE ,   STA R E ,   an d   C HASE _ DB 1   d atasets ,   d em o n s tr atin g   s u p er io r   q u an titativ p e r f o r m an ce   an d   clin ically   co n s is ten v ess el  s eg m en tatio n   co m p ar ed   to   ex is tin g   m et h o d s .   T h r em ain d er   o f   th is   p ap e r   i s   s tr u ctu r ed   as  f o llo ws.  Sectio n   2   r e v iews  ex is tin g   r esear ch   o n   r etin al  v ess el  s eg m en tatio n .   Sectio n   3   p r esen ts   th e   p r o p o s ed   Haw k Net  ar ch itectu r e,   d etailin g   its   p atch - wis lear n in g   s tr ateg y   an d   HHO   m ec h an is m .   Sectio n   4   d escr ib e s   th e   ex p er im en tal  s etu p   with   q u an tit ativ an d   q u alitativ e   r esu lts ,   in clu d in g   co m p ar ativ an aly s es  with   s tate - of - th e - ar tech n iq u es.  Fin ally ,   Secti o n   5   co n clu d es  th e   p ap er   o n   o p tim izatio n - en h an c ed   r etin al  im ag s eg m e n tatio n .   Am o n g   th av ailab le  b io - in s p ir e d   o p tim izatio n   alg o r ith m s ,   HHO  was  s elec ted   b ec au s o f   its   d y n am ic  b alan ce   b etwe en   ex p lo r atio n   an d   ex p lo itatio n ,   w h ich   en a b les  ef f ec tiv a v o id a n ce   o f   lo ca m i n im a   an d   p r o m o tes  f aster   co n v er g e n ce .   C o m p a r ed   with   GW an d   wh ale   o p tim izatio n   alg o r ith m   ( W OA) ,   HH ex h ib its   s u p er io r   ad ap tab ilit y   an d   s ea r ch   d iv er s ity ,   m ak i n g   it  p ar ticu lar ly   s u itab le  f o r   o p tim izin g   d ee p   lear n in g   h y p er p ar a m eter s   in   m ed ical  im ag e   s eg m en tatio n   task s .   T h ese  c h ar ac ter is tics   f ac ilit ate  s tab le  lear n in g   an d   im p r o v ed   p r eser v atio n   o f   f in v asc u lar   s tr u ctu r es u n d e r   v ar y in g   illu m in atio n   a n d   c o n tr ast co n d itio n s .   Un lik ex is tin g   o p tim izatio n - ass is ted   U - Net  m o d els,  th p r o p o s ed   Haw k Net  f r am ewo r k   co m b in es  p atch - wis ad ap tiv lear n in g   with   HHO  in   u n if ied   s e g m en tatio n   f r a m ewo r k .   T h p atch - wis s tr ateg y   en ab les  ef f ec tiv p r eser v atio n   o f   th in   v ess els,  ca p illar ies,  an d   b if u r ca tio n   s tr u ctu r es  b y   f o c u s in g   o n   lo ca lized   r etin al  r eg io n s ,   wh ile  HHO   au to m atica lly   o p tim izes  k ey   n et wo r k   h y p e r p ar am eter s   an d   lea r n in g   weig h ts .   T h is   in teg r atio n   estab lis h es  s y n e r g is tic  r elatio n s h ip   b etwe en   l o ca f ea tu r e   lear n in g   an d   ad a p tiv o p tim izatio n ,   r esu ltin g   in   im p r o v e d   v ess el  co n tin u ity ,   r o b u s tn ess   to   illu m in atio n   v a r iatio n s ,   an d   en h an ce d   s eg m en tatio n   p er f o r m an ce   ac r o s s   h eter o g en eo u s   r etin al  d atasets .       2.   RE L AT ED   WO RK   g r o win g   n u m b er   o f   ey e   a n d   s y s tem ic  d is o r d er s ,   in cl u d in g   d ia b etic  r etin o p ath y ,   g lau co m a,   a n d   h y p er ten s io n ,   ar e   b ein g   b etter   d etec ted   an d   tr ac k e d   th r o u g h   th u s o f   r etin al  b lo o d   v ess el  s eg m en tatio n ,   wh ich   h as  b ec o m an   im p o r t an f ield   o f   s tu d y   i n   m ed ical   im ag an aly s is   [ 1 2 ] .   Fro m   b asic  d ee p   lear n in g   f r am ewo r k s   to   m o r e   co m p lex   m eth o d s   lik m atch ed   f ilter in g   an d   m o r p h o lo g ical  tr an s f o r m atio n s ,   th er h av b ee n   a n   ar r ay   o f   a p p r o ac h e s   s u g g ested   f o r   im a g p r o c ess in g   in   th last   ten   y ea r s .   W h ile  tr ad itio n al   ap p r o ac h es  o f f e r   co m p u tatio n al  s im p licity ,   th eir   p er f o r m a n c is   ch allen g in g   u n d e r   ce r tain   im ag in g   co n d itio n s   ch ar ac ter ized   b y   u n ev en   illu m in atio n ,   lo co n tr ast,  an d   p ath o lo g ical   v ar iatio n s   [ 1 3 ] .   T h task   o f   a u to m at ed   r etin al  im ag s eg m en tatio n   ca n   b d iv id e d   in to   two   ca te g o r i es,  n am ely   s u p er v is ed   lear n in g   m eth o d s   an d   u n s u p er v is ed   lear n in g   m eth o d s   [ 1 4 ] .   Un s u p e r v is ed   m eth o d s   [ 1 5 ]   in clu d r u le - b ased   ap p r o ac h es  th at  m ay   u tili ze   m atch ed   f ilter   an d   m o r p h o lo g ical  o p er ati o n s   to   d etec an d   s eg m en th v ess els.   s u m m ar y   o f   r ep r esen tativ r etin al  b l o o d   v es s el  s eg m e n tatio n   m eth o d s ,   d atasets ,   p er f o r m a n ce   ch ar ac ter is tics ,   an d   k e y   lim i tatio n s ,   is   p r esen ted   i n   T ab l 1 .   T h c o m p ar ativ e   an aly s is   f o cu s es  o n   th e   ch allen g es  th at  ar alr ea d y   p r esen an d   en co u r ag es  th e   d ev elo p m en o f   th p r o p o s ed   Ha wk Net  f r am ewo r k .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  4 3 ,   No .   1 ,   Ju ly   20 2 6 :   157 - 17 8   160   T ab le  1   s u m m ar izes  th e   d atasets ,   m ajo r   ad v an tag es,  a n d   in h er en lim itatio n s   o f   r e p r esen tativ r etin al  b lo o d   v ess el  s eg m en tatio n   m eth o d s .   T h co m p a r is o n   s h o ws  th ad v an tag es  an d   d is ad v an tag es  o f   th cu r r en t   f r am ewo r k s ,   a n d   h ig h lig h ts   th im p o r tan ce   o f   d e v elo p i n g   m o r e   p o wer f u o p tim izatio n - b ased   f r am ewo r k   th at  ca n   m ain tain   th f id elity   o f   f in v ess el  s tr u ctu r es  an d   e n h an ce   s eg m e n tatio n   p er f o r m an ce   wh en   im ag i n g   u n d er   d if f er e n t c o n d itio n s .       T ab le  1 .   C o m p a r ativ an aly s is   o f   r etin al  b lo o d   v ess el  s eg m en tatio n   m eth o d s   R e f e r e n c e   M e t h o d   D a t a s e t   R e s u l t s   Li mi t a t i o n s   S a u   e t   a l .   [ 1 6 ]   R i d ge - b a se d   seg m e n t a t i o n   D R I V E   R e l i a b l e   d e t e c t i o n   o f   ma j o r   b l o o d   v e sse l s   P o o r   t h i n   v e ss e l   d e t e c t i o n   Zh a n g   e t   a l .   [ 1 7 ]   G a b o r   f i l t e r   w i t h   c l a ss i f i e r   D R I V E   I mp r o v e d   v e ss e l   c o n t r a st   a n d   e d g e   c l a r i t y   R e q u i r e s m a n u a l   f e a t u r e   t u n i n g   Li u   e t   a l .   [ 1 8 ]   Li n e   o p e r a t o r   w i t h   S V M   D R I V E   A c c u r a t e   v e sse l   b o u n d a r y   l o c a l i z a t i o n   H i g h   c o m p u t a t i o n a l   c o m p l e x i t y   R a d h a   a n d   K a r u n a   [ 1 9 ]   En se mb l e - b a se d   seg m e n t a t i o n   D R I V E,   S TA R E   R o b u st   s e g me n t a t i o n   a c r o ss  v a r i e d   r e t i n a l   i m a g e s   Li mi t e d   c r o ss - d a t a se t   g e n e r a l i z a t i o n   W a n g   e t   a l .   [ 2 0 ]   D e e p   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k   D R I V E,   S TA R E   Ef f e c t i v e   a u t o m a t i c   h i e r a r c h i c a l   f e a t u r e   e x t r a c t i o n   N e e d s   l a r g e   l a b e l l e d   d a t a s e t s   O r t i z - F e r e g r i n o   e t   a l .   [ 2 1 ]   U - N e t   a r c h i t e c t u r e   D R I V E   A c c u r a t e   e n d - to - e n d   r e t i n a l   v e ss e l   s e g me n t a t i o n   S t r u g g l e s w i t h   t h i n   v e sse l s   D u   e t   a l .   [ 2 2 ]   D e n se   U - N e t   D R I V E,   C H A S E_ D B 1   En h a n c e d   f e a t u r e   p r o p a g a t i o n   a n d   r e u se   I n c r e a se d   m o d e l   c o m p l e x i t y   G a r g a r i   e t   a l .   [ 2 3 ]   A t t e n t i o n   U - N e t   D R I V E   I mp r o v e d   f o c u o n   v e sse l   r e g i o n s   H i g h e r   m e m o r y   a n d   c o m p u t a t i o n   r e q u i r e m e n t s   Y i   e t   a l .   [ 2 4 ]   M u l t i - sca l e   C N N   f u si o n   D R I V E,   S TA R E   B e t t e r   mu l t i - sca l e   v e sse l   r e p r e s e n t a t i o n   S e n s i t i v e   t o   i l l u mi n a t i o n   v a r i a t i o n s       Ad o p ted   m u ltis ca le  in p u ts   in   U - Net  was  p r o p o s ed   b y   [ 2 5 ]   with   d en s b lo ck s ,   wh ile  [ 2 6 ]   p r o p o s ed   r esid u al  co n n ec tio n s   with   s eq u en ce s   o f   3   ×  3   co n v o l u tio n s   i n   th s k ip   an d   en co d er /d ec o d e r   p ath s ,   d e v elo p i n g   Mu ltiR esU - Ne t.  ca s ca d ed   n etwo r k   o f   f o u r   u n its   u s in g   d il ated   co n v o lu tio n s   at  v ar y i n g   r ates  was  s u g g ested   by  [ 2 7 ]   as  R ef in eNe t .   T h f in al  s eg m en tatio n   m ap   was  co m p o s ed   o f   th co m b in ed   o u tp u ts   o f   th ese  u n its .   A   m u ltis ca le  C NN  with   b etter   cr o s s - en tr o p y   lo s s   o b tain ed   g o o d   s en s itiv ity   o n   v ascu lar   s eg m en t atio n [ 2 8 ]   s u g g ested   th is   C NN;  an d   [ 2 9 ]   in tr o d u ce d   h ie r ar c h ical  class if icatio n   to   c o m b in e   f in d in g s   o f   two   class if ier s   f o r   b lo o d   v ess el  s eg m en tatio n .   B ec au s o f   t h eir   s u p e r io r   p er f o r m an ce ,   U - Nets  an d   f u lly   c o n v o lu tio n al  n etwo r k s   ( FC Ns)  wer h ea v ily   u s ed   f o r   d en s p r e d ictio n s   [ 3 0 ] .   U - Net  later   h ad   en h an ce m e n m o d u les  in clu d in g   atten tio n   m ec h an is m s ,   d ilated   co n v o l u tio n s ,   an d   r esid u al  b lo ck s   ad d ed   to   it  to   m ak it  ev e n   b etter   [ 3 1 ] .   Mo r e   s p atial  in f o r m atio n   ca n   b e   ca p tu r ed ,   lo ca i n f o r m atio n   lo s s   c an   b r e d u ce d ,   an d   lo w - lev el  f ea tu r m ap s   ca n   b e   r eu s ed   f o r   ac cu r ate  s eg m e n tatio n   in   well - d esig n ed   m o d el.   Du to   th eir   d ee p er   co n v o lu tio n al  lay er s ,     U - Net  [ 3 2 ]   an d   m u lti - m o d el  n etwo r k s   [ 3 3 ]   o u tp er f o r m   C NNs  an d   FC Ns  in   s eg m en tatio n   o u tc o m es.  T h is   is   b ec au s th ese  n etwo r k s   ar ab le  to   ex t r ac r ich er   in f o r m atio n .   I is   p o s s ib le  to   m o d if y   th s eg m e n tatio n   r esu lts   u s in g   m atch in g   f ilter s   o r   m o r p h o lo g ical  tr an s f o r m s   in   p o s tp r o ce s s in g   [ 3 4 ] .   T h is   is   b ec au s t h r esu lts   f r eq u e n tly   in clu d e   n o is an d   i s o lated   tin y   v ess els.  T h ab ilit y   o f   o u r   c o m p o s ite  U - Net  I n ce p tio n   s tr u ctu r e   to   g ath er   b o th   lo ca l a n d   g lo b al  tr aits   allo wed   it to   o u tp er f o r m   t h m ajo r ity   o f   s tate - of - t h e - ar d esig n s   [ 3 5 ] ,   [ 3 6 ] .   C o n tin u o u s   ad v an ce m en ts   f r o m   tr ad itio n al  u n s u p e r v is ed   ap p r o ac h es  to   s u p er v is ed   d ee p   lear n in g   m o d els  h av s ig n if ican tly   en h an ce d   s eg m en tatio n   ac cu r ac y   an d   ef f icien c y .   C o n v en tio n al  m eth o d s   s u ch   as  ad ap tiv th r esh o l d in g ,   r eg io n   g r o win g ,   an d   m o r p h o lo g i ca f ilt er in g   p r o v id ed   ess en tial  g r o u n d wo r k   b u t   s tr u g g led   with   n o is an d   f in e   v ess el  co n tin u ity .   Dee p   lear n in g   m o d els,  p ar ticu lar l y   U - Net  an d   its   im p r o v ed   v ar ian ts   with   s k ip   an d   r esid u a co n n ec tio n s ,   h a v en ab le d   s u p er io r   p er f o r m an ce   b y   lear n in g   m u lti - s ca le  an d   co n tex tu al  f ea t u r es.  I n te g r ati n g   o p tim izatio n   alg o r ith m s   h as  f u r th er   r ef in ed   th ese  m o d els  b y   ac ce ler atin g   co n v er g en ce   an d   im p r o v in g   f e atu r ex tr ac tio n .   I n   o r d er   t o   b u ild   s u s tain ab le   an d   e f f icien elec tr ical  en e r g y   n etwo r k s ,   in tellig en f o r e ca s tin g   o f   elec tr i city   d em an d ,   en er g y   m an ag em en t,  an d   in teg r atio n   o f   r en ewa b le  en er g y   r eso u r ce s   h av b ec o m ess en tial.  Özü p ak   an d   Ma n s u r o v   [ 3 7 ]   h av p r esen ted   h y b r id   d ee p   lear n in g   s y s tem   f o r   th s h o r t - ter m   p r ed ic tio n   o f   m u lti - o u tp u t   elec tr ical  en er g y   d e m an d ,   h ig h lig h tin g   th a b ilit y   o f   m u ltip le   n eu r al  a r ch itectu r es   to   im p r o v th ac cu r ac y   o f   th e   elec tr icity   d em an d   p r ed ictio n   an d   ad d r ess   th co m p lex   tem p o r al  d ep e n d en cies   am o n g   elec tr icity   d em a n d   p atter n s .   d if f e r e n s tu d y   co n d u cted   b y   Özü p a k   [ 3 8 ]   id en tif ied   th f ac t o r s   th at   af f e ct  th ef f ec tiv e n ess   o f   th wir eless   p o wer   tr an s m is s io n   s y s tem s   f o r   n ex g en er atio n   elec tr ic  v eh icles,   in clu d in g   t h d is tan ce   b etwe en   th co ils ,   th e   co il  d esig n   an d   th e   o p e r atin g   f r eq u e n c y   o f   t h wir eless   tr an s m is s io n   s y s tem .   I n v esti g ated   s m ar en er g y   m an a g em en an d   o p tim izatio n   tech n iq u es  f o r   s u s tain ab le   p o wer   s y s tem s ,   h ig h lig h tin g   t h im p o r tan ce   o f   in tellig en c o n tr o alg o r ith m s ,   d em an d   r esp o n s m ec h an is m s ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       Ha w kNet:  A n   in tellig en t b io - i n s p ir ed   o p timiz a tio n   b a s ed   p a tch   w is a d a p tive  U - N et  …  ( S a b a   S h eib a )   161   an d   r en ewa b le  en er g y   in teg r at io n   in   en h an cin g   s y s tem   ef f ici en cy   an d   r eliab ilit y .   Ad v an ce d   co n tr o s tr ateg ies   f o r   r en ewa b le   en er g y   in te g r at io n   wer e   in   w h ich   th e y   h ig h li g h ted   t h u s e   o f   ad ap tiv e   an d   p r ed ictiv e   co n tr o m eth o d s   f o r   e n s u r in g   g r id   s ta b ilit y   an d   p o wer   q u ality   in   m o d er n   en er g y   s y s tem s .   Fu r th e r m o r e,   in tr o d u ce d   h y b r id   d ee p   lear n in g   s y s tem   f o r   s o lar   PV  p o wer   f o r ec asti n g   an d   ac h iev e d   h ig h er   f o r ec a s tin g   ac cu r ac y   an d   lo wer   p r ed ictio n   er r o r s ,   wh ich   is   cr u cial  f o r   th en er g y   s ch e d u lin g   an d   g r id   o p e r atio n .   I n   ad d itio n ,   th r ec en t   ad v an ce m e n ts   in   elec tr ical  en er g y   s y s tem s   an d   s m ar g r i d   tech n o l o g ies,  h i g h lig h tin g   th s ig n if ican ce   o f   d is tr ib u ted   g en er atio n ,   en er g y   s to r ag s y s tem s ,   in tel lig en m o n ito r in g ,   ar tific ial  in tellig en ce ,   an d   I n ter n et  o f   T h in g s   tech n o l o g ies in   th m o d er n izatio n   o f   p o wer   s y s tem s .   Ov er all,   th ese  s tu d ies s u g g est  th at  th s y n er g y   o f   de ep   lear n i n g   m et h o d s ,   o p tim i za tio n   tech n iq u es,  an d   s o p h is t icate d   co n tr o l   s tr ateg ies  s ig n if ican tly   co n tr ib u tes  to   im p r o v ed   en e r g y   e f f icien cy ,   p r e d ictiv ac cu r ac y ,   an d   g r id   s tab ilit y .   T h a d v en o f   s m ar g r id   an d   in tellig en en er g y   m an ag e m e n s y s tem   o f f er s   g r ea p r o s p e cts  to   ac h iev s u s tain ab le  p o wer   g en er atio n   an d   d is tr ib u tio n   an d   s u p p o r th g r o win g   in teg r atio n   o f   r en ewa b l en er g y   s o u r ce s   an d   o v er c o m th ch allen g es  o f   f u tu r e n er g y   d em an d .       3.   M E T H O D   T h p r o p o s ed   w o r k   co m b i n e s   d ee p   co n v o lu tio n al  p atch   wis U - Net  lear n in g   an d   m e tah eu r is tic   o p tim izatio n   to   ac h ie v p r ec i s r etin al  b lo o d   v ess el  s eg m en tatio n .   T h m et h o d o lo g y   f o llo ws  f o u r - s tag e   p ip elin e:  i)   d ataset  ac q u is itio n   an d   p r e p r o ce s s in g ,   ii)   p atc h - wis ad ap tiv U - Net  lear n i n g ,   iii)  HHO - b ased   h y p er p ar am eter   tu n in g ,   a n d   i v )   Pro p o s ed   h y b r i d   ap p r o ac h   with   co m b in atio n   o f   p atch   wis U - Net  HHO   v ess el  p r o b ab ilit y   m ap   g en er a tio n   with   p o s t - p r o ce s s in g   r ef i n em en t.  E ac h   s tag e n s u r es  th at  r etin al  s tr u ctu r es   ar ac cu r ately   r e p r esen ted ,   il lu m in atio n   in co n s is ten cies  ar m in im ized ,   an d   f in ca p illar y   s tr u ctu r es  ar e   p r eser v ed   th r o u g h o u th e   s e g m en tatio n   p r o ce s s .   T h f l o o f   o p er atio n s   is   d esig n ed   to   m ain tai n   s tr o n g   in ter co n n ec tiv ity   b etwe en   d at p r e p ar atio n   an d   lear n i n g   p h ases ,   en s u r in g   t h at  ea ch   s tep   d ir ec tly   en h a n ce s   th e   ef f ec tiv en ess   o f   th s u b s eq u en t o n e.     3 . 1   Da t a s et   des cr iptio n   T h p r o p o s ed   Haw k Net   f r am ewo r k   is   e v alu ated   o n   th r ee   p u b licly   av ailab le   an d   clin icall y   v er i f ied   r etin al  v ess el  s eg m en tatio n   d atasets   DR I VE   ( d ig ital  r eti n al  im ag es  f o r   v ess el  ex tr ac tio n ) ,   an d   STARE  ( s tr u ctu r ed   a n aly s is   o f   th e   r etin a )   [ 3 9 ] [ 4 1 ] .   T ab le  2   d e s cr ib es  th d ataset  attr ib u tes.  T h ese  b en c h m ar k   r ep o s ito r ies  co llectiv ely   p r o v i d co m p r eh e n s iv r ep r esen tatio n   o f   r etin al  im ag es  ca p tu r ed   u n d er   v ar i o u s   clin ical  co n d itio n s ,   im ag i n g   d ev ice s ,   r eso lu tio n s ,   an d   s u b jec t p o p u latio n s .       T ab le  2 .   Su m m a r y   o f   d ataset  a ttrib u tes   A t t r i b u t e   n a me   D e scri p t i o n   Ex a m p l e   v a l u e s   I mag e   I D   U n i q u e   i ma g e   i d e n t i f i e r   D R I V E_ 0 1 . t i f ,   S TA R E _ i m 0 1 2 . p n g   D a t a s e t   S o u r c e   R e p o s i t o r y   o r i g i n   D R I V E,   a n d   S TA R E   I mag e   R e so l u t i o n   D i me n si o n s   o f   f u n d u i ma g e   5 6 5   ×   5 8 4   ( D R I V E) ,   7 0 0   ×   6 0 5   ( S TA R E) ,   9 9 9   ×   9 6 0   ( C H A S E _ D B 1 )   I mag i n g   D e v i c e   A c q u i s i t i o n   e q u i p m e n t   C a n o n   C R 5   3 C C D ,   To p C o n   TR V - 50   F i e l d   o f   V i e w   C i r c u l a r   r e t i n a l   c a p t u r e   3 5 °     45°   P a t i e n t   C a t e g o r y   H e a l t h   t y p e   N o r mal ,   D i s e a s e d   A n n o t a t i o n   Ty p e   B i n a r y   v e sse l   m a s k   V e ssel   =   1 ,   B a c k g r o u n d   =   0   To t a l   I mag e s   I mag e   c o u n t   p e r   d a t a s e t   D R I V E:   4 0 ,   a n d   S TA R E :   2 0   D a t a s e t   S p l i t   Tr a i n t e s t   p r o p o r t i o n   5 0     5 0   %   C o l o u r   C h a n n e l s   Ex t r a c t e d   f r o m   R G B   R e d ,   G r e e n ,   B l u e   F o r mat   I mag e   st o r a g e   f o r ma t   . t i f ,   . p n g       T h eir   in clu s io n   en s u r es  th at   th p r o p o s ed   s y s tem   ac h iev es  h ig h   g en e r aliza tio n   ca p a b ilit y   an d   r o b u s tn ess   ac r o s s   h eter o g e n e o u s   en v ir o n m en ts   ty p ical  in   r ea l - wo r ld   c o lo r   f u n d u s   im ag es  an d   ex p er t - an n o tated   b in a r y   v ess el  m ask s   th at  s er v as  g r o u n d   tr u t h   f o r   o b je ctiv ev al u atio n .   T h DR I VE   d atase t   co n tain s   4 0   co lo r   f u n d u s   im a g es  ( 2 0   f o r   tr ain in g   an d   2 0   f o r   test in g )   o b tain ed   at  4 5 °  f ield   o f   v iew.   E ac h   im ag h as   r eso lu ti o n   o f   5 6 5 ×5 8 4   p ix els  an d   is   a cc o m p a n i ed   b y   p r ec is ely   an n o tated   v es s el  m ask s   p r o d u ce d   b y   two   i n d ep en d en o p h th al m o lo g is ts ,   with   o n u s ed   a s   th r ef er en ce   s tan d ar d .   T h STARE  d ataset   co m p r is es  2 0   r etin al   im ag es  ( 1 0   h ea lth y   a n d   1 0   p ath o lo g ical)   u n d er   3 5 °  f ield   o f   v iew  an d   7 0 0 ×6 0 5   r eso lu tio n .   T h ese  im ag es  ex h i b it  wid s p ec tr u m   o f   r etin a ab n o r m ali ties ,   in clu d in g   lesi o n s ,   h em o r r h ag es,   an d   v ar ia b le  illu m in atio n   z o n e s ,   p r o v id in g   ch allen g in g   ca s es   f o r   ev alu atin g   s eg m e n tatio n   c o n s is ten cy .     3 . 2   P re - pro ce s s in g   E ac h   h awk   in   t h p r o p o s ed   f r am ewo r k   c o r r esp o n d s   to   ca n d id ate  h y p er p ar am eter   v ec to r   m ad e   u p   o f   th lear n in g   r ate ,   th s ize  o f   th f ilter ,   th d r o p o u t p r o b ab i lity   an d   th lo s s - weig h t c o ef f i cien ts .   T h n u m b er   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  4 3 ,   No .   1 ,   Ju ly   20 2 6 :   157 - 17 8   162   o f   HHO  was  to   b 2 0   a n d   th e   n u m b e r   o f   o p tim izati o n   iter at io n s   5 0 .   Fo r   ea ch   iter atio n ,   ca n d id ate  p a r am eter   s ets  wer test ed   with   s m al n u m b er   o f   e p o ch s   o f   th tr ain in g   o f   th e   U - Net,   a n d   th e   b est  s o lu tio n   was  s elec ted   to   im p r o v th e   g lo b a l   o p tim u m .   T h o p tim ized   p a r am eter s   wer u s ed   t o   r etr ain   th last   p atch - wis U - Net  to   cr ea te  t h s eg m e n tatio n   m o d el  af te r   co n v er g en ce .   T h o p tim izatio n - lear n i n g   i n ter ac tio n   allo ws  f o r   s tab le  co n v er g e n ce   an d   m o r e   ac cu r ate  s eg m en tatio n .   I m ag n o r m aliza tio n   an d   r esiz in g :   Sin ce   th e   d atasets   v ar y   in   r eso lu tio n ,   all   im ag es  ( , ) ar r esized   to   u n if o r m   s ca le  o f   5 1 2 × 5 1 2   p ix els  u s in g   b icu b ic  in ter p o latio n   to   m ain tain   g eo m etr ic  co n s is ten cy   ac r o s s   d atasets :      ( , ) = ( , ) ( ) ( ) ) ) 1 = 0 1 = 0   ( 1 )     wh er is   th b icu b ic  in ter p o latio n   k er n el.   T h is   s tep   en s u r es  s p atial  u n if o r m ity   an d   p r e p ar e s   th d ata  f o r   th n ex s tag co lo u r   ch a n n el  ex tr ac tio n ,   wh er m ea n in g f u v ess el  co n tr ast  i s   i s o lated   f o r   s eg m en tatio n   en h an ce m e n t.   Gr ee n   ch a n n el   ex tr ac tio n   an d   in ten s ity   n o r m aliza tio n:   R etin al  v ess el s   e x h ib i th h ig h est  co n tr ast  in   th e   g r ee n   ch a n n el  d u to   h ae m o g lo b i n   ab s o r p tio n   p r o p er ties .   Hen ce ,   th R GB   im ag is   d ec o m p o s ed ,   an d   th g r ee n   c o m p o n e n ( , ) is   ex tr ac ted .   T h p ix el  in ten s ities   ar n o r m alize d   in to   th [ 0 , 1 ]   r an g v ia  m in m a x   n o r m aliza tio n :      ( , ) = ( , )   ( 2 )     T h is   n o r m aliza tio n   r em o v es  in ter - im ag b r ig h t n ess   d if f er e n ce s ,   s tab ilizin g   tr ain in g   a n d   im p r o v in g   th n ex t   s tag c o n tr ast  en h an c em en t,  wh ich   r e f in es  v ess el  v i s ib ilit y   b y   em p h asizin g   s u b tle  g r ad ien ts .   C o n tr ast   en h an ce m e n u s in g   c o n tr ast - lim ited   ad ap tiv h is to g r am   e q u aliza tio n   ( C L AHE ) :   T o   co u n t er   lo co n t r ast  an d   illu m in atio n   im b alan ce ,   C L AHE   is   ap p lied   lo ca lly :      ( , ) =  (  ( , ) , )   ( 3 )     wh er r ep r esen ts   th clip p i n g   lim it  th at  co n tr o ls   o v e r - am p l if icatio n   o f   co n t r ast.  T h o u tc o m en h an ce s   m icr o - v ess els  in   d ar k   r eg io n s   with o u am p lify in g   n o is e,   cr ea tin g   o p tim al  in p u f o r   th f o llo win g   n o is e   r ed u ctio n   s tep   th at  en s u r es  s tr u ctu r al  clar ity   i n   f in e   v ess els.   No is Su p p r ess io n   v ia  Gau s s ian   Fil ter in g :   No is e   f r o m   im a g in g   h ar d war is   s u p p r ess ed   u s in g   Gau s s ian   s m o o th in g   f ilter :     ( , ) = 1 2 2 2 + 2 2 2   ( 4 )     an d   th s m o o th ed   im a g is   o b t ain ed   b y :       ( , ) =  ( , ) ( , )   ( 5 )     wh er co n tr o ls   th f ilter s   s p r ea d .   T h is   s tep   r etain s   es s en ti al  v ess el  ed g es  wh ile   r ed u cin g   h ig h - f r eq u e n c y   d is tu r b an ce s ,   f o r m in g   t h f o u n d atio n   f o r   t h p atch   e x tr a ctio n   s tag th at  tar g ets  lo ca l   s tr u ctu r es.   Patch   ex tr ac tio n   f o r   lo ca lized   lear n i n g :   Af ter   n o is s u p p r ess io n ,   e ac h   en h an ce d   im ag is   d iv id e d   in to   o v e r lap p in g   p atch es o f   64 × 64 p ix els to   f o cu s   o n   l o ca lized   v ess el  r eg io n s :     =   ( : + 63 , : + 63 )   ( 6 )     T h is   p r o ce s s   en h an ce s   th e   d et ec tio n   o f   t h in   ca p illar ie s   an d   b if u r ca tio n s   o f ten   lo s in   g lo b al  tr ain in g .   T h ese  p atch es  s er v as  tr ai n in g   u n its   f o r   th e   ad ap tiv e   U - Ne m o d el.   T o   f u r th er   s tr en g th e n   lear n i n g ,   th n ex t   s tep   ap p lies   d ata  au g m en tatio n   to   d i v er s if y   th e   p atch   d ataset  an d   en s u r r o tatio n   an d   s ca le  in v ar ian ce .   Data   au g m en tatio n :   T o   im p r o v m o d el  r o b u s tn ess   an d   p r e v en o v er f itti n g ,   tr an s f o r m atio n s   s u ch   as  r o tatio n   ( ) ,   s ca lin g   ( ) ,   an d   h o r izo n tal  f lip p in g   ( )   ar ap p lied :     = ( ( ( ) ) )   ( 7 )     T h ese  au g m en tatio n s   ex p an d   t h tr ain in g   d ata,   e n s u r in g   th at  th m o d el  lear n s   v ess el  co n tin u ity   ir r esp ec tiv o f   o r ien tatio n   o r   p atien t - s p ec if ic   v ar iatio n .   T h au g m en ted   p a tch es  ar th en   s tan d ar d ized   t o   en s u r co n s is ten t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       Ha w kNet:  A n   in tellig en t b io - i n s p ir ed   o p timiz a tio n   b a s ed   p a tch   w is a d a p tive  U - N et  …  ( S a b a   S h eib a )   163   in ten s ity   d is tr ib u tio n   f o r   o p tim izati on.   Data s et  Stan d a r d izatio n T h e   au g m en ted   i m ag p atc h es  ar e   s tan d ar d ized   u s in g   ze r o - m ea n   an d   u n it - v ar ian ce   n o r m aliza tio n :      ( , ) = ( , )   ( 8 )     wh er an d   r ep r esen th m ea n   an d   s tan d a r d   d e v iatio n   o f   t h d ataset.   T h is   tr an s f o r m atio n   en s u r es  s tab le  co n v er g en ce   d u r in g   n etwo r k   tr ain in g   a n d   p r ep a r es  th d ata  f o r   f ea tu r e x tr ac tio n   b y   th p atch - wis ad ap tiv e   U - Net  in   th n ex p h ase.     3 . 3   P r o po s ed  m o del   T h p r o p o s ed   Haw k Net   f r a m ewo r k   in teg r ates  s y n e r g y   b et wee n   U - Net  an d   HHO  f o r m s   h y b r id   o p tim izatio n - d r iv en   lea r n in g   p ar ad ig m ,   d esig n e d   to   ac h iev h ig h   p r ec is io n ,   r o b u s tn ess ,   an d   g e n er aliza tio n   ac r o s s   d iv er s r etin al  im ag d atasets   wh ile  m ain tain in g   co m p u tatio n al  ef f icien c y   an d   s t ab ilit y   d u r in g   m o d el  co n v er g en ce .     3 . 3 . 1 .   P a t ch - wis e   U - Net   a rc h it ec t ure   T h p atch   wis U - Net  ar ch it ec tu r ( s ee   Fig u r 2 ) ,   o r ig i n ally   d esig n ed   f o r   th s eg m e n tatio n   o f   n eu r o n al  s tr u ctu r es  in   elec tr o n   m icr o s co p ic  s tack s ,   h as  b ec o m o n o f   th m o s wid ely   u s ed   co n v o lu tio n al   ar ch itectu r es  in   b io m ed ical  im ag an aly s is .   I e x ten d s   th e   co n v en tio n al   f u lly   co n v o lu tio n al   n etwo r k   ( FC N)   b y   in tr o d u cin g   s y m m etr ic  en co d er - d ec o d er   s tr u ctu r th at  ca p t u r es  b o th   co n tex t u al  an d   s p atial  in f o r m atio n   ( s ee   Alg o r ith m   1 ) .   T h f u n d am en ta l c o n v o l u tio n   o p er atio n   i n   U - Net  is   m ath em atica lly   r ep r esen ted   as:     F ( x , y )   ( I * K )( x , y )   = m n I ( x - m , y - n ) K ( m , n )   ( 9 )     In   ( 9 )   g iv en   as  th s u m m atio n   o f   elem en t - wis m u ltip licatio n s   b etwe en   th in p u im ag ( , )   an d   th co n v o l u tio n al  k er n el  ( , ) ,   wh er ,   r ep r esen k er n el  in d ice s   an d   ( , )   d en o tes  th r esu ltin g   f ea tu r m a p   o b tain ed   b y   s lid i n g   th e   k e r n el  ac r o s s   th im a g to   ex tr ac l o ca s p atial  f ea tu r es.  T o   in tr o d u ce   non - lin ea r ity   an d   en a b le  th n etwo r k   to   lear n   co m p lex   h ie r ar ch ical  r ep r esen tatio n s ,   th ac tiv atio n   f u n ctio n   ap p lied   is   th R e ctif ied   L in ea r   Un it ( R eL U) ,   ex p r ess ed   as:     f ( x )   m ax ( 0 , x ),   ( 1 0 )     In   ( 1 0 )   g iv e n   as  r ec tifie r   f u n ctio n   wh er x   r ep r esen ts   th weig h ted   s u m   o f   i n p u ts   to   n eu r o n ,   an d   th f u n ctio n   o u tp u ts   x   wh en   p o s itiv an d   ze r o   o th er wis e,   th u s   en s u r in g   n o n - s atu r atin g   g r a d ien f lo d u r in g   b ac k p r o p ag atio n .   I n   th e n co d er   p ath ,   th e   n etwo r k   p r o g r ess iv ely   r e d u ce s   th e   s p atial  d im e n s io n s   th r o u g h   m ax - p o o lin g ,   d ef in e d   m ath em atica l ly   as:     ( , )   = m ax ( m , n ) R ( i , j ) F ( m , n )   ( 1 1 )     In   ( 1 1 )   g iv en   as  th s elec tio n   o f   th m ax im u m   ac tiv atio n   v alu with in   r ec ep tiv f ield   ( , )   ce n ter ed   ar o u n d   p o s itio n   ( , ) ,   wh er ( , )   ar p ix el  in ten s ities   o r   f e atu r ac tiv atio n s ,   th er eb y   en h an cin g   tr an s latio n al  in v ar ian ce   an d   r ed u cin g   co m p u tat io n al  c o m p l ex ity   wh ile  r etain in g   k e y   c o n t ex tu al  in f o r m atio n .   T h d ec o d e r   p ath   r ec o n s tr u c ts   th o r ig in al  s p atial  r eso lu tio n   u s in g   u p - s am p lin g   o p er atio n s ,   wh ich   ar e   r ep r esen ted   as:     ( , )   F ( x s , y s )   ( 1 2 )     In   ( 1 2 )   g iv e n   as  th en lar g em e n o f   f ea tu r m ap s   b y   s ca le  f ac to r   s ,   wh er ( , )   d en o tes  th in p u t   f ea tu r m ap   an d   ( , )   r ep r esen ts   t h u p - s am p led   o u t p u t,   r esto r i n g   f in d etails  lo s d u r in g   d o wn - s am p lin g .   T o   m ain tain   f ea tu r co n ti n u it y   an d   p r ev e n lo s s   o f   lo ca lizatio n   in f o r m atio n ,   s k ip   co n n ec t io n s   ar in tr o d u ce d   b etwe en   co r r esp o n d in g   lay er s   o f   th en c o d er   an d   d ec o d e r .   T h is   m ec h an is m   is   f o r m u lated   a s :     ( , )   ( , ) ( , )   ( 1 3 )     In   ( 1 3 )   g iv en   as  an   elem en t - wis co n ca ten atio n   ( )   o f   th d ec o d er ' s   u p - s am p led   f ea tu r e   m ap   ( , )   an d   th en co d e r ' s   co r r esp o n d in g   f ea tu r m a p   ( , ) ,   allo win g   th m o d el  to   co m b i n lo w - lev el  s p atial  d etails  with   h ig h - le v el  s em an tic  co n te x t,  th e r eb y   im p r o v in g   s eg m e n tatio n   ac cu r ac y   at   o b ject  b o u n d ar ies .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  4 3 ,   No .   1 ,   Ju ly   20 2 6 :   157 - 17 8   164       Fig u r 2 .   Pro p o s ed   p atch   wis U - n et  ar ch itectu r f o r   r etin al  b lo o d   v ess el  s eg m en tatio n       Alg o r ith m   1 .   Patch - wis U - Net   In pu t:   Re ti na im ag da ta se = { 1 , 2 , , } pa tc si ze   × le ar ni ng   ra te   nu mb er   of   epochs    Output: Trained U - Net model with optimized weights    Begin   Step 1: Preprocessing Phase   for each image  in dataset  do   Normalize pixel intensity values between [0, 1]   Apply contrast enhancement and noise reduction   Divide  into non - overlapping patche s of size  ×   Store all patches as  = { 1 , 2 , , }   end for   Step 2: Network Initialization   Initialize U - Net encoder decoder architecture with weights    Define loss function  = 1 × CrossEntropyLoss + 2 × DiceLoss   Initialize optimizer (e.g., Adam) with learning rate    Step 3: Training Phase   for epoch = 1 to  do   for each batch of patches  in  do   Perform  forward  propagation  through  encoder:  Appl convolution,  ReLU  acti vation,  and  max - pooling   Perform decoding: Apply up - sampling, concatenation via skip connections, and convolution   Compute prediction  ̂ for    Calculate total loss  using ground tr uth labels    Perform backpropagation and update weights      end for   end for   Step 4: Reconstruction Phase   for each image  in dataset  do   Predict segmentation for all patches using trained U - Net   Reconstruct full segmented image by merging p atch outputs   end for   Step 5: Output final segmented images and trained model parameters    end     Du r in g   m o d el  t r ain in g ,   th p ix el - wis cr o s s - en tr o p y   lo s s   f u n ctio n   is   em p l o y ed   to   m ea s u r th e   d is cr ep an cy   b etwe en   p r e d icted   an d   g r o u n d   tr u th   lab els,  d e f i n ed   as:     L CE   - N i =1 C c =1 ,   lo g ( ,   )   ( 1 4 )     In   ( 1 4 )   g iv en   as  th n eg ativ lo g ar ith m ic  lo s s   co m p u ted   o v er   N   p ix els  an d   C   class es,  wh er ,   i s   th g r o u n d   tr u th   lab el  ( 1   if   p i x el  i   b elo n g s   to   class   c ,   o th er wis e   0 )   a n d   ,   is   th p r e d icted   p r o b a b ilit y   o f   p ix el  i   b elo n g in g   to   class   c th is   p en alize s   in co r r ec class if icatio n s   an d   d r i v es  th e   m o d el  to war d   ac cu r ate   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       Ha w kNet:  A n   in tellig en t b io - i n s p ir ed   o p timiz a tio n   b a s ed   p a tch   w is a d a p tive  U - N et  …  ( S a b a   S h eib a )   165   p r ed ictio n s .   T o   h a n d le  class   im b alan ce   an d   im p r o v r eg io n   o v er lap   d u r in g   s eg m en tatio n ,   th Dice   lo s s   i s   u tili ze d ,   r ep r esen ted   as:     L Dic e   = 1 - 2 i p i y i + ϵ i p i 2 + i y i 2 + ϵ   ( 1 5 )     T h g iv en   in   ( 1 5 )   is   d if f er e n tiab le  lo s s   m etr ic  in   wh ich   t h p r ed icted   an d   tr u b in a r y   m ask   v alu es  ar d en o ted   b y   "p "   _ "i"  a n d   "y _ "i"  r esp ec tiv ely ,   an d   a   s m all  s m o o th in g   co n s tan " ϵ is   u s ed   t o   a v o id   d iv is io n   b y   ze r o .   T h is   f u n ctio n   m ak es  th e   m o s o f   th e   s p atial  o v er lap   b etwe en   th p r ed ict ed   an d   g r o u n d   tr u th   r eg io n s ,   w h ich   is   esp ec ially   u s ef u f o r   m ed ical   d atasets   th at  ar e   im b alan ce d .   I n   o r d er   t o   ac h ie v a   co m p r o m is b etwe en   class if ic atio n   ac cu r ac y   a n d   r e g io n   co n s is ten cy ,   th to tal  lo s s   f u n ctio n   in co r p o r ates  b o th   cr o s s - en tr o p y   an d   d ice  co m p o n en ts .   I t is r ep r esen ted   as :     L tot a l   α L CE   β L Dic e     ( 16 )     In   ( 1 6 )   g i v en   as  weig h ted   s u m m atio n   wh er e   α   an d   β   ar s ca lar   co e f f icien ts   th at   co n tr o th e   co n tr ib u tio n   o f   ea c h   co m p o n en t,  e n ab lin g   f lex ib le   o p ti m izatio n   b ased   o n   d atas et  ch ar ac ter is tics   an d   s eg m en tatio n   r eq u ir e m en ts .   I n   th p r o p o s ed   m eth o d ,   th in p u im ag is   d iv id ed   in to   n o n - o v er lap p in g   p atch es  b ef o r e   b ein g   p r o ce s s ed   b y   th U - Net.   T h is   p atc h - wis ap p r o ac h   en h a n ce s   lo ca f ea t u r r eten tio n ,   r ed u ce s   GPU  m em o r y   c o n s u m p tio n ,   an d   allo ws  th e   m o d el   to   f o cu s   o n   f i n er   d etails  o f ten   m is s ed   wh en   tr ain in g   o n   en tire   im ag es.  B y   m o d if y in g   th co n v en tio n al  b in ar y   U - Net  in to   m u lti - class   f r am ewo r k ,   th m o d el  ef f icien tly   s eg m en ts   co m p lex   b io m ed ical  s tr u ctu r es su ch   as  r etin al  o r   b r ain   r e g io n s .     3 . 3 . 2 .   H H O   f o weig ht  up da t a nd   hy perpa ra m et er   t un ing   T h HHO  alg o r ith m   is   a   well - k n o wn   ex a m p le  o f   p o p u latio n - b ased   m etah e u r is tic.   Ad d it io n ally ,   it   h as  s ea r ch   m ec h an is m   d er iv ed   f r o m   n atu r th at  m im ics  th b eh av io u r   o f   Har r is   H awk s   in   h u n tin g   p r ey ,   wh ich   ca n   b e   r ep r esen ted   b y   t h f o llo win g :     = 2 0 ( 1 )   ( 1 7 )     0 = 2 1 1   ( 1 8 )     W h er E   is   th p r ey ' s   f lig h p o wer ,   is   th in itial  r ep etitio n   n u m b er ,   T   is   th m a x im u m   r ep etitio n   n u m b er ,   0   is   th in itial   p r ey   p o wer   with   r an d o m   in teg er   b e twee n   - 1   an d   1 ,   an d   1   is   a   r an d o m   p ar am ete r   b etwe en   0   an d   1 .   Du to   its   r elatio n s h ip   to   th p r e y ' s   p o wer   d u r in g   f lig h t,  th v alu o f   E   d ec r ea s es  s tead il y   with   ea ch   r ep etitio n .   T o   r ep h r ase,   an   ex p l o r atio n   s ea r ch   is   c ar r ied   o u wh en   th h awk s   s ea r ch   f o r   th eir   p r e y   in   d if f er en p lace s   an d   th a b s o lu te  v alu o f   E   is   g r ea ter   th an   o r   eq u al  to   1 .   T h h awk s   a r p r ep ar e d   to   ca p tu r e   p r ey   if   th ab s o lu te  v alu o f   E   is   le s s   th an   1 ,   wh ich   is   k n o wn   as  an   ex p lo itatio n   s ea r ch .   B o th   th ex p lo r atio n   an d   e x p lo itatio n   s ea r ch   s tr ateg ies  ar d escr ib ed   i n   f u r th e r   d ep th   i n   th e   s ec tio n s   th at   f o l lo w.   Fig u r e   3   is   a   co n ce p tu al  r e p r esen tatio n   o f   th h awk ' s   s tr ateg y   ad ap tatio n   in   r esp o n s to   t h p r e y ' s   escap en er g y   a n d   lo ca tio n   u n ce r t ain t y it  clea r ly   illu s tr ates  th tr an s itio n   d y n am ics  b etwe en   th ex p lo r ati o n   an d   e x p lo itatio n   s tag es o f   th HHO  p r o ce s s .   a.   E x p lo r atio n   p h ase   T h f ir s s tag o f   h u n tin g   is   o u tlin ed   h er e ,   an d   it   en tails   k ee p in g   a n   ey e   o u f o r   p o te n tial  p r ey ,   f o llo win g   its   p ath ,   an d   e v en tu ally   s p o ttin g   it.  T h is   s tag in   HHO  r ep r esen ts   th e   m ec h a n is m   f o r   e x p lo r atio n .   Har r is   h awk s   m ay   s ea r ch   f o r   p r ey   f o r   h o u r s .   T h er e f o r e,   t h Har r is   h awk s   ( i.e . ,   p o ten tial  s o lu tio n s )   d eter m in e   th lik elih o o d   o f   l o ca tin g   th e   p r ey   ( i.e . ,   tar g et ) .   T h e r ef o r e ,   i s tan d s   to   r ea s o n   th at  t h o p ti m al  s o lu tio n   s h o u l d   tar g et  th o n clo s est  to   it.  Ha r r is   h awk s   will   eith er   wait  in   clo s p r o x im ity   to   o th er   m em b er s   o f   th eir   f am ily   in   o r d er   to   attac k   at  th s am m o m en t,  o r   th e y   will  wait  in   a   v ar iety   o f   s itu atio n s ,   s u ch   as  h ig h   tr ee s ,   to   ca tch   p r ey .   B o th   ca s es a r m o d eled   i n   th f o llo win g :     ( + 1 ) = { r a nd   ( ) 2 | r a nd   ( ) 2 3 ( ) | 0 . 5 ( pr e y   ( ) ( ) ) 4 (  + 5 (   ) ) < 0 . 5   ( 1 9 )     wh er X( t+1 )   d en o tes th p o s itio n s   o f   th n ewly   iter ated   h a wk s ,   pr e y   r ef er s   to   th p r ey ' s   lo ca ti o n ,     d en o tes  th av er ag p o s itio n   o f   th in itial  p o p u latio n ,   r a nd   d en o tes  h awk   ch o s en   at  r an d o m   f r o m   th s ea r ch   s p ac e,   an d   X( t)   d e n o tes  th p o s itio n s   o f   th e   in itial  h awk s ,   wh ich   ar d eter m in ed   ac co r d in g   to   E q .   1 9 .   Fo r   ea ch   iter atio n   t,  th v alu es  o f   q ,   2 3 4 ,   an d   5   ar im p r o v e d ,   an d   th e s v alu es  ar r an d o m ly   c h o s e n   f r o m   th e   in ter v al  ( 0 , 1 ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  4 3 ,   No .   1 ,   Ju ly   20 2 6 :   157 - 17 8   166   ( ) = 1 = 1 ( )   ( 2 0 )     wh er   r ef er s   to   th p o s itio n   o f   h awk   in   r e p etitio n     an d     is   th to tal  am o u n o f   h aw k s .           Fig u r 3 .   Pro p o s ed   HHO  wo r k   f lo w       b .   E x p l o itatio n   p h ase   T h d is co v er y   o f   th p r ey   d u r in g   th ex p lo r atio n   s tag ( also   k n o wn   as  th wid s ea r ch )   m ar k s   th b eg in n in g   o f   th is   s tag e.   Har r is   h awk   will  attem p s u d d en   p o u n ce   o n   its   p r ey .   T h o p p o s ite  is   tr u wh en   th v ictim   m ak es  a n   ef f o r t   t o   f le e,   a   s itu atio n   k n o wn   as  s ev en   k ills   [ 3 0 ] .   HHO  cr ea te d   a   m o d el   o f   f o u r   p o s s ib le  way s   o f   h u n tin g   an d   ev ad in g   ca p tu r e.   W h er th at  was  p r o p o s ed     as  r an d o m   n u m b er   t o   r ef e r   th e   o p p o r tu n ity   o f   p r e y   i n   s u cc ess f u lly   f lig h (   < 0 . 5   ) ,   in   c o n tr ast  (   0 . 5   )   in   t h ev e n o f   f ailu r e.   Als o ,   th e   h awk s   will b b ased   o n   s o f t o r   h ar d   b lo ck a d to   ca p tu r th p r ey   b ased   o n   th p r e y   p o we r   E .   Fo r   in s tan ce ,   if   th b lo ck a d is   s o f t th r ep r esen tatio n   will b e   | | 0 . 5 ,   o th er wis | | < 0 . 5 .   So f b esieg e :   I n   th ca s o f   | E | 0 . 5   an d   r 0 . 5 .   As  r esu lt,  th p r ey   h as  ad eq u ate  e n er g y   to   escap e   f r o m   th h awk s   b y   u tili zin g   a   v ar iety   o f   d ec eiv in g   ju m p s   an d   u n p r ed ictab le  p atter n s .   T h f ac th at  th h ar r is   h awk s   wo u ld   d r ain   its   v itality   b y   en cir clin g   it   an d   th en   s u r p r is attac k in g   en s u r es  t h at  it   will  co llap s e.   T h is   b eh av io r   ca n   b e   s ee n   in   th m o d el  in   ( 2 1 ) .     ( + 1 ) = Δ | pr e y   ( ) ( ) |   ( 2 1 )     Δ ( ) = pr e y   ( ) ( )   ( 2 2 )     = 2 × ( 1 6 )   ( 2 3 )     wh er Δ is   th p o s itio n   o f   th d is tin ctio n   r elativ to   th p r ey s   an d   th s tar tin g   p o in in   r ep etitio n   t,  6   is   an   ar b itra r y   in teg e r   b etwe en   0   a n d   1 ,   an d   J   is   th p r ey ' s   r an d o m   ju m p ,   wh e r it  ( i.e . ,   J )   ch an g es  at  r an d o m   t o   im itate  th p r ey ' s   m o v em en ts .   Ha r d   b esieg e :   T o   b e   s p ec if ic ,   r 0 . 5   an d   E < 0 . 5 .   So ,   th p r ey   ca n ' g et  awa y   s in ce   it  d o esn ' h av en o u g h   e n er g y .   Alo n g   with   t h at,   h awk s   ar p r ac tically   p r ep ar e d   to   s u r p r is th eir   p r e y   b y   cir clin g   it.  In   ( 2 4 )   s h o ws h o th p r esen t lo ca tio n s   o f   th is   cir cu m s tan ce   h av e   b ee n   u p d ate d .     ( + 1 ) = pr e y ( ) | Δ ( ) |   ( 2 4 )     So f b esieg with   p r o g r ess iv r ap id   d iv es :   T h is   s ce n ar io   is   m o r co m p lex   th an   th ea r lier   ca s es  an d   o cc u r s   wh en   0 . 5 an d   < 0 . 5 .   Un d er   th e s co n d itio n s ,   th p r ey   p o s s ess es  en o u g h   s tr en g th   to   e v ad ca p tu r s u cc ess f u lly .   Nev e r th eless ,   th h awk s   p er s is b y   p e r f o r m in g   m u ltip le  r ap id   d iv es  to   f o r ce   th p r ey   to   alter   its   tr ajec to r y   an d   b ec o m d is o r ien ted .   T h is   s tr ateg y   is   r ep ea ted   u n til  an   o p tim al   m o m en t   ar is es  f o r   ca p tu r in g   th p r ey .   T h m ath e m atica ex p r ess io n   b elo r ep r esen ts   th h awk s   m o v e m en d ec is io n   d u r i n g   th e   s o f t e n cir clem en t p h ase.     = pr e y ( ) | pr e y ( ) ( ) |   ( 2 5 )     I f   th h awk s   f ee th at  th p r e y   p r ef o r m s   m is lead in g   m o v e m en ts   an d   it  alm o s escap e,   t h ey   will  in cr ea s th ab r u p t,  ir r eg u lar ,   an d   r ap id   d i v es.  T h e   n ew  h awk s '   tech n iq u d ep en d s   o n   lev y   f lig h ts   ( L F)  as  s h o wn   in   th f o llo win g   eq u atio n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.