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 .   4 ,  A u g u s t   20 26 ,   p p .   3 7 4 5 ~ 3 7 6 0   I SS N:  2 2 5 2 - 8 9 3 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijai.v 15 .i 4 . p p 3 7 4 5 - 3 7 6 0           3745     J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij a i . ia esco r e. co m   Ada ptive  bina ry  c a psule networ k f o r comp le x  ima g e  recog nition       M a v is   Serwa a   Yebo a h 1, 2 ,   P a t rick   K wa bena   M ens a h 1 ,   Ad eba y o   F elix   Adeko y a 3 ,   M ig h t y   Abra   Ay idzo e 1, 4   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   I n f o r ma t i c s,  U n i v e r s i t y   o f   E n e r g y   a n d   N a t u r a l   R e s o u r c e s,   S u n y a n i ,   G h a n a   2 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 ,   S u n y a n i   T e c h n i c a l   U n i v e r si t y ,   S u n y a n i ,   G h a n a   3 F a c u l t y   o f   C o mp u t i n g ,   E n g i n e e r i n g   a n d   M a t h e m a t i c a l   S c i e n c e s ,   C a t h o l i c   U n i v e r si t y   o f   G h a n a ,   S u n y a n i ,   G h a n a     4 S c h o o l   o f   T e c h n o l o g y ,   J a m k   U n i v e r s i t y   o f   A p p l i e d   S c i e n c e s,   Jy v ä sk y l ä ,   F i n l a n d       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Dec   5 ,  2 0 2 4   R ev is ed   J u n   3 ,  2 0 2 6   Acc ep ted   J u l   9 ,  2 0 2 6       G lau c o m a   a n d   c a tara c ts  a re   lea d in g   c a u se s  o f  b li n d n e ss   wo rld wi d e ,   e m p h a siz in g   th e   n e e d   f o r  e a rly   d e tec ti o n .   C o n v o l u ti o n a l  n e u ra l   n e two rk s   (CNN s)  h a v e   sh o wn   p r o m ise   in   d e tec ti n g   o c u lar  d ise a se s,  b u t  re q u ire   e x ten siv e   trai n in g   d a tas e ts.  Ho w e v e r,   m e d ica l  d a tas e ts  a re   sc a rc e ,   li m it e d ,   a n d   imb a lan c e d ,   p ro m p ti n g   th e   u se   o f  ti m e - c o n su m i n g   d a ta  a u g m e n tatio n   tec h n iq u e s.  To   a d d re ss   th e se   li m it a ti o n s,  a   c o m p u tatio n a ll y   e ff icie n t  a n d   ro b u st  c a p su le  n e tw o rk   (Ca p sN e t)   m o d e l   wa s  p r o p o se d .  Th e   m o d e l  fe a tu re s   a   n o v e l  a d a p ti v e   c o n tras t  sp a ti a l  f il terin g   (ACSF )  a lg o rit h m   a n d   i n c o rp o ra tes   a   lo c a l  b i n a ry   p a tt e rn   (LB P )   a l g o rit h m   to   e n h a n c e   r o b u stn e ss .   T h is  st u d y   a c h iev e d   g o o d   re c o g n i ti o n   a c c u ra c y ,   wit h   sc o re s  o f   9 6 . 9 0 %   o n   th e   c o m b in e d   d a tas e t,   9 6 . 4 5 %   o n   th e   c a tara c t - o n ly   d a tas e t,   a n d   9 6 . 7 8 %   o n   th e   g lau c o m a - o n l y   d a tas e t.   T h e   m o d e l' s  p e rf o rm a n c e   is  c o m p a ra b le  to   sta te - of - th e - a rt   m o d e ls,  d e m o n stra ti n g   it s   p o ten ti a l  t o   su p p o rt  o p h th a lmo l o g ists  i n   d iag n o sin g   c a tara c ts an d   g lau c o m a - re late d   e y e   issu e s.   K ey w o r d s :   Ad ap tiv e  co n tr ast   C ap s u le  n etwo r k   C o m p lex   im ag es   C o n v o lu tio n al  n eu r al  n etwo r k s   L o ca l b in ar y   p atter 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 :   Ma v is   Ser waa   Yeb o ah   Dep ar tm en t o f   C o m p u ter   Scie n ce   an d   I n f o r m atics,  Un iv er s ity   o f   E n er g y   an d   Natu r al  R eso u r ce s   Su n y an i,  Gh a n a   E m ail:  m av is . s er waa y eb o ah @ s tu . ed u . g h       1.   I NT RO D UCT I O N   Glau co m a  r ep r esen ts   a  cr itical  g lo b al  h ea lth   ch allen g e   as  a  lead in g   ca u s e  o f   ir r ev er s ib le  b lin d n ess ,   ch ar ac ter ized   b y   p r o g r ess iv e   o p tic  n er v e  d eg en e r atio n   th at,   u n lik e  ca tar ac ts ,   ca n n o t  b e  r ev er s ed   th r o u g h   s u r g ical  in ter v en tio n .   W ith   p r o jectio n s   esti m atin g   th at  1 1 1   m illi o n   p eo p le  will  b e  af f ec ted   b y   g lau co m a  b y   2 0 4 0   [ 1 ] ,   e ar ly   d etec tio n   h as   b ec o m e   p a r am o u n t  to   p r ev e n tin g   p er m an e n t  v is io n   lo s s .   T h is   u r g en c y   h as  d r iv en   th e  d e v elo p m e n t  o f   in tellig en t  s cr ee n in g   an d   d ia g n o s tic  s y s tem s   ca p ab le  o f   id en tify in g   o cu lar   ab n o r m alities   b e f o r e   ir r ev e r s ib le  d am ag e   o cc u r s .   Ho we v er ,   th e   ef f ec tiv e n ess   o f   t h ese  s y s tem s   d ep en d s   f u n d am e n tally   o n   t h eir   ab ilit y   to   ac cu r ately   d is tin g u is h   b et wee n   m u ltip le  o cu lar   c o n d itio n s   wh ile  o p er atin g   with in   th e  co n s tr ain ts   o f   r ea l - wo r ld   clin ical  s ettin g s .   Dee p   lear n in g   alg o r ith m s ,   p a r ticu lar ly   co n v o lu tio n al  n e u r a l  n etwo r k s   ( C NNs),   h av e  d em o n s tr ated   r em ar k ab le  s u cc ess   in   id en tif y in g   o cu lar   a b n o r m alities   f r o m   r etin al  im ag es.  R ec en t  ad v an ce s   in clu d e  h y b r id   C NN - ad ap tiv e  b o o s tin g   ( Ad a B o o s t )   m o d els  ac h iev in g   9 2 . 9 6 %  ac cu r ac y   o n   g lau co m a  d atasets   [ 2 ] ,   tr an s f er   lear n in g   ap p r o ac h es  with   p r e - tr ain ed   ar ch itectu r es  ( r esid u al  n etwo r k   5 0   ( R esNet - 50) ,  v is u al  g eo m etr y     g r o u p   1 9   ( VGG - 19 ) ,  d en s ely   co n n ec ted   co n v o lu ti o n al  n etwo r k   2 0 1   ( Den s eNe t - 201 ) )   y iel d in g   ac cu r ac ies  u p   to   9 9 . 5 7 %  [ 3 ] ,   an d   f in e - tu n e d   R esNet - 5 0   m o d els  r ea ch in g   9 8 . 4 8 %  ac cu r ac y   th r o u g h   d ata  au g m en tatio n   s tr ateg ies  [ 4 ] .   Desp ite  th ese  ac h iev em en ts ,   C NNs  f ac e  s i g n if ican t  ch allen g es  r elate d   t o   d ata  s ca r city   an d   q u ality .   Me d ical  im ag e  d atasets   ar e  ty p ically   lim ited   in   s ize   an d   ch ar ac ter ized   b y   class   im b alan ce ,   lead in g   to   o v er f itti n g   a n d   r ed u ce d   g e n er aliza tio n   ca p ab ilit y   [ 5 ] .   W h il e  d ata  au g m en tatio n   tech n iq u es  p ar tially   ad d r ess   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 .   4 ,  Au g u s t   20 26 :   3 7 4 5 - 3 7 6 0   3746   th ese  lim itatio n s   [ 5 ] ,   th ey   d o   n o t  f u n d am e n tally   r eso lv e  th e  ar ch itectu r al  co n s tr ain ts   o f   C NNs   in   ca p tu r in g   s p atial  h ier ar ch ies an d   p a r t - w h o le  r elatio n s h ip s   in   m e d ical  i m ag es.   C ap s u le  n etwo r k s   ( C ap s Nets)  h av e  e m er g ed   as  a   p r o m is in g   alter n ativ e  ar c h itectu r e  t h at  r et ain s   C NN   s tr en g th s   wh ile  ad d r ess in g   d ata - r elate d   ch allen g es  th r o u g h   th eir   u n iq u e  ab ilit y   to   p r eser v e  s p atial   r elatio n s h ip s   an d   ad ap t  to   s m aller   d atasets .   I n itial  ap p li ca tio n s   to   o cu lar   d is ea s e  d iag n o s is   h av e  s h o wn   en co u r a g in g   r esu lts :  th e  o r ig i n al  C ap s Net   with   d y n am ic  r o u tin g   ac h iev ed   9 0 . 9 0 %  ac c u r ac y   o n   g la u co m a   d atasets   [ 6 ] ,   m o d if ie d   3 D  C ap s Nets  at tain ed   0 . 8 9   s en s itiv ity   o n   o p tical  co h er en ce   to m o g r a p h   ( OC T )     im ag es  [ 7 ] ,   a n d   en h a n ce d   C ap s Net s   with   f ea tu r e   p r o ce s s i n g   alg o r ith m s   d em o n s tr ated   p r ec is io n   v al u es  o f   0 . 7 9 6   f o r   g lau c o m a  a n d   0 . 8 1 8   f o r   ca tar ac ts .   Ho wev er ,   C ap s Nets  r em ain   r elativ ely   u n e x p lo r ed   f o r   o c u lar   d is ea s e  r ec o g n itio n   an d   s u f f e r   f r o m   cr itical  lim itatio n s   in   th eir   u p p e r   en co d e r   n etwo r k   [ 8 ]   an d   in s u f f icien t  f ea tu r e  p r o ce s s in g   ca p ab ilit ies  [ 9 ] ,   r estrictin g   th eir   clin ical  a p p licab ilit y   d esp ite  th eir   th e o r etica l a d v an tag es.   T h is   p ap er   ad d r ess es  th ese  li m itatio n s   b y   p r o p o s in g   a n   en h an ce d   C ap s Net   ar ch itectu r e  s p ec if ically   d esig n ed   f o r   m u lti - class   o cu l ar   d is ea s e  d iag n o s is ,   d is tin g u is h in g   b etwe en   g lau c o m a,   ca tar ac ts ,   an d   h ea lth y   co n d itio n s .   T h is   s tu d y   i n tr o d u ce   th e  ad ap tiv e   co n tr ast  s p a tial  f ilter in g   ( AC SF )   alg o r ith m   to   s tr en g th en   th e   u p p er   e n co d e r   n etwo r k   th r o u g h   th r ee   in teg r ated   co m p o n e n ts :  ad ap tiv e  th r esh o l d in g   f o r   u n if o r m   f ea tu r e  m ap   d is tr ib u tio n ,   Gau s s ian   k er n el   g en er atio n   f o r   n o is e - ad ap ti v e  s m o o th i n g ,   a n d   s p atial  f i lter in g   f o r   c o n tr ast  en h an ce m e n t.  Ad d itio n ally ,   th is   s tu d y   in co r p o r ate  a   lo ca l  b in ar y   p atter n   ( L B P)  lay er   to   c ap tu r e  f in e - g r ain ed   tex tu r al  d etails,  im p r o v in g   c o m p u tatio n al  ef f icie n cy   an d   r o b u s tn ess   to   illu m in atio n   v a r iatio n s   co m m o n ly   en co u n ter e d   in   clin ical  f u n d u s   im ag in g .   T h e  p r im ar y   c o n tr ib u tio n s   o f   th is   r esear ch   in clu d e:     i)   Dev elo p m en t  o f   a  c o m p u tatio n ally   ef f icien t   d ee p   lear n in g   m o d el   s u itab le  f o r   co m p lex   r ea l - wo r l d   m ed ical  im ag e  r ec o g n itio n   with   lim ited   d ata  av ailab ilit y .   ii)   I n tr o d u ctio n   o f   th e  AC SF   alg o r ith m   th at  en h an ce s   f ea tu r e  r ep r esen tatio n   q u ality   wh ile  r ed u cin g   n o is e  in ter f er en ce .   iii)   I n teg r atio n   o f   lo ca l  tex t u r e   p atter n   e x tr ac tio n   to   im p r o v e  m o d el  r esil ien ce   a g ain s t  illu m in atio n   v ar iatio n s .   iv )   Pro v is io n   o f   a   s y s tem atic  ap p r o ac h   t o   ad d r ess   th e  en co d e r   n etwo r k   wea k n ess es  in h er e n t  in   s tan d ar d   C ap s Net  ar ch itectu r es f o r   o cu l ar   d is ea s e  an aly s is .     T h e   ex p e r im en tal  r esu lts   d e m o n s tr ate  p er f o r m an ce   co m p ar ab le  to   s tate - of - th e - ar t  te ch n iq u es,  o f f er in g   m ed ical  s p ec ialis ts   a  r eliab le  d iag n o s tic  to o l f o r   ac cu r ate  i d e n tific atio n   o f   g lau co m a   an d   ca tar ac ts .     T h e  r em ain d e r   o f   th is   p ap er   i s   o r g an ized   as  f o ll o ws .   Sectio n   2   p r esen ts   th e  p r o p o s ed   m et h o d o lo g y .   Sectio n   3   p r esen ts   ex p e r im en t al  r esu lts   an d   d is cu s s es  th e  f in d in g s .   Fin ally ,   s ec tio n   4   co n cl u d es th e  p ap e r .       2.   M E T H O D   T h is   s ec tio n   p r esen ts   th e  p r o p o s ed   m eth o d ,   th e  p r o p o s ed   m o d el,   th e  d ataset  d escr ip tio n ,   an d   th e   ex p er im en tal  s etu p .     2 . 1 .     P r o po s ed  f ea t ure  pro ce s s ing   m et ho d   T h e  p r o p o s ed   f ea tu r e   p r o ce s s in g   m eth o d   is   ter m ed   AC SF   ( s ee   Alg o r ith m s   1   an d   2 ) ,   wh ich   is   im p lem en ted   as  a   lay er   in   th e  en co d er   n etwo r k   o f   th e   p r o p o s ed   C ap s Net  m o d el.   T h is   s tu d y   ad o p t  th e   co n ce p t   o f   ad a p tiv e  co n tr ast  an d   s p atial  f ilter in g   to   d ev el o p   o u r   p r o p o s ed   m et h o d .   T h e   p r o p o s e d   im ag e  p r o ce s s in g   alg o r ith m   is   d esig n ed   t o   en h a n ce   th e  co n t r ast  o f   in p u t  im ag es  wh ile  r ed u cin g   n o is e.   T h e  p r o p o s ed   alg o r ith m   co n s is ts   o f   th r ee   m ain   s tep s :  ad ap tiv e  th r esh o ld in g ,   Gau s s ian   k er n el  g en e r atio n ,   an d   s p a tial  f ilter in g .   I n   th e   ad ap tiv e  th r esh o ld in g   s tep   ( 1 )   to   ( 3 ) ,   th e   f ea tu r e   m ap s   a r e  n o r m alize d   to   h av e   ze r o   m ea n   ( 1 )   an d   u n it   v ar ian ce   ( 2 ) .   T h is   is   ac h iev e d   b y   s u b tr ac tin g   th e   m ea n   v alu e   f r o m   ea ch   p ix el  a n d   th en   d iv id in g   b y   th e   s tan d ar d   d ev iatio n .   T h e   r esu ltin g   f ea tu r e  m ap s   h av e   a  u n if o r m   d is tr ib u tio n ,   m ak in g   th e m   s u itab le   f o r   s p atial  f ilter in g .   I n   th e  Gau s s ian   k er n el  g en er atio n   s tep   ( 4 )   to   ( 9 ) ,   a  Gau s s ian   k er n el  is   g en er ated   with   a  s p ec if ied   s ize  an d   s tan d ar d   d ev iatio n   ( 5 )   to   ( 7 ) .   T h e  Gau s s ian   k er n els  ar e  s m o o th in g   f ilter s   th at  r ed u ce   n o is e  in   th e  f ea tu r e   m ap s .   T h e  s ize  o f   th e  k er n els  d eter m in es  th e  am o u n t  o f   s m o o th in g ,   wh ile  th e  s tan d ar d   d ev iatio n   co n tr o ls   th e   s p r ea d   o f   t h e  k er n els.  T h e  Gau s s ian   k er n el   g en er ati o n   allo ws  f o r   ad ju s tab le  s m o o t h in g ,   en ab lin g   t h e   alg o r ith m   to   a d ap t to   d if f er e n t   n o is e  lev els.   I n   th e   s p atial  f ilter in g   s tep   ( 1 0 )   to   ( 1 5 ) ,   th e  n o r m alize d   f ea tu r e  m ap s   ar e   co n v o lv ed   with   th e   Gau s s ian   k er n el  t o   p r o d u ce   e n h an ce d   f ea tu r e   m ap s .   T h is   s tep   co m b in es  th e   n o r m alize d   f e atu r e  m a p s   with   th e   s m o o th in g   f ilter s ,   r esu ltin g   in   f ea tu r e  m ap s   with   en h an ce d   co n tr ast  an d   r ed u ce d   n o is e.   W ith   th e  p r o p o s ed   alg o r ith m ,   th is   s tu d y   ac h iev e  t h e  f o llo win g :   i)   I m p r o v ed   co n tr ast:   th e  p r o p o s ed   alg o r ith m   en h an ce s   th e  c o n tr ast  o f   th e  f ea t u r e  m a p s ,   m ak in g   it  m o r e   v is u ally   ap p ea lin g .   ii)   R ed u ce d   n o is e:  th e  Gau s s ian   k er n el  ef f ec tiv ely   r e d u ce s   n o i s e,   r esu ltin g   in   clea n er   an d   m o r e  ac cu r ate   f ea tu r e  m ap 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       A d a p tive  b in a r y  ca p s u le  n etw o r k  fo r   co mp lex  ima g e  r ec o g n itio n   ( Ma vis S erw a a   Yeb o a h )   3747   iii)   Ad ap tab ilit y :  th e  p r o p o s ed   alg o r ith m   ca n   ad ap t  to   d if f e r en t  n o is e  lev els  an d   f ea tu r e  m ap   ch ar ac ter is tics ,   m ak in g   it a   r o b u s t a n d   ef f ec tiv e  s o lu tio n .     Alg o r ith m   1 : G au s s ian   k er n el  g en er atio n   1:   =      ⊲                2:     =    ( − 2 ⁄   +   1 , 2 ⁄   +   1 )   ⊲          ℎ         3 : y   =    ( − 2 ⁄   +   1 , 2 ⁄   +   1 )   ⊲           ℎ         4 :    ,   =    ℎ  ( , )   ⊲   2              5 :  =      ( − ( 2 + 2 ) 2 . 0  2 ⁄   ) ⊲          6 :  =   ( ) ⁄ ⊲            7 : o u tp u t g     Alg o r ith m   2 :  AC SF   1 :  , = { , 1 , , 2 , … , , − 1   } ⊲          2 : Fo r   k   in     ,   3:   , =  ( , ) ⊲          4:   , = ( , − , ) , ⁄ ∗ ⊲      ℎ  ℎ    Gau s s ian   k er n el  g e n e r atio n   5:   , =   ( , , ) ⊲ =  , =  , =   ℎ     ⊲           6 : r etu r n   ,     2 . 2 .     P r o o f   f o r  t he  a da ptiv e  c o ntr a s t   s pa t ia l f ilte ring   a lg o rit hm   T h eo r em : th e   AC SF   alg o r ith m   en h an ce s   th e  c o n tr ast o f   t h e  i n p u t im ag e   wh ile  r ed u ci n g   n o i s e.   Pro o f :   L et  ( , )   b e  th e  in p u t im ag e ,   an d   ( , )   b e  th e  o u tp u t im ag e.   Ad ap tiv e  th r esh o l d in g :   L et  ( , )   b e  th e  ad a p tiv e  th r esh o ld i n g   o u t p u t.     ( , ) = ( ( , ) − ) / ( ∗ )   ( 1 )     W h er e    is   th e  m ea n ,     is   th e  s tan d ar d   d ev iatio n ,   an d     is   th e  s ca lin g   f ac to r .   L em m a  1 :  th e  ad ap tiv e  th r es h o ld in g   s tep   n o r m alize s   th e  in p u t  im ag e  to   h a v e  ze r o   m ea n   an d   u n it  v a r ian ce .   Pro o f :     [ ( , ) ] = [ ( ( , ) − ) / ( ∗ ) ] = 0   (     )   ( 2 )      [ ( , ) ] =  [ ( ( , ) − ) / (   ∗   ) ] = 1   (     )   ( 3 )     Gau s s ian   k er n el  g en e r atio n :   L et  ( , )   b e  th e  Gau s s ian   k er n el   as in   ( 4 ) .     ( , ) = ( 1 / ( 2 ∗ ∗ 2 ) ) ∗  ( − ( 2 + 2 ) / ( 2 ∗ 2 ) )   ( 4 )     L em m a  2 :  th e  Gau s s ian   k e r n el   is   a  s m o o th in g   f ilter   t h at  r ed u ce s   n o is e.   Pro o f :   L et  ( , )   b e  th e  n o is e  co m p o n en t  o f   th e  in p u t im ag e.     [ ( , ) ] = 0   (     )   ( 5 )      [ ( , ) ] = 2 (   )   ( 6 )     [ ( ∗ ) ( , ) ] = 0   (     )   ( 7 )      = 2   (   )   ∗ ∑ ( , )   ( , ) 2     ( 8 )      [ ( ∗ ) ( , ) ] =  ≤ 2 (       )   ( 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 .   4 ,  Au g u s t   20 26 :   3 7 4 5 - 3 7 6 0   3748   Sp atial  f ilter in g :   L et  ( , )   b e  th e  o u tp u t im a g e.     ( , ) = ( ∗ ) ( , )   ( 1 0 )     L em m a  3 :  th e  s p atial  f ilter in g   s tep   co m b in es  th e  n o r m alize d   in p u t  im a g e  with   th e  Gau s s ian   k er n el,   r esu ltin g   in   an   o u tp u t im ag e   with   en h a n ce d   co n tr ast an d   r ed u ce d   n o is e.   Pro o f :     ( , ) = ( ∗ ) ( , ) = ( ( , ) − ) / ( ∗ ) ∗ ( , )   ( 1 1 )     [ ( , ) ] = [ ( ( , ) − ) / ( ∗ ) ∗ ( , ) ] = 0   (     )   ( 1 2 )      1 =  [ ( ( , ) − ) ( ∗ ) ∗ ( , ) ⁄ ]   ( 1 3 )      2 = 2 ∗ ∑ ( , ) ( , ) 2   ( 1 4 )      [ ( , ) ] =  1 =  2 ≤ 2 (       )   ( 1 5 )     2 . 3 .     L o ca l bina ry   pa t t er n   T h e  L B P  alg o r ith m ,   in tr o d u ce d   b y   [ 1 0 ]   ex tr ac ts   cr u cial   tex tu r al  in f o r m atio n   f r o m   i m ag es  b y   an aly zin g   th e  r elatio n s h ip s   b etwe en   n eig h b o r in g   p ix els.  T h is   is   ac h iev ed   t h r o u g h   a  th r esh o ld in g   p r o ce s s ,   wh er e  th e  b in ar y   r e p r esen tatio n s   o f   n eig h b o r in g   p ix els  ar e  co m p u ted   an d   co m p a r ed   to   th e  ce n tr al  p ix el.   T h e   L B P  ap p r o ac h   was  ch o s en   f o r   th is   r esear ch   d u e  t o   its   ef f icien cy   an d   in n o v ativ e  m eth o d   o f   g ath er in g   ch r o m in a n ce   d ata  f r o m   im a g e s .     T h e  L B P d escr ip to r   ca lcu latio n   in v o l v es f o u r   s tag es:    i)   Selectin g   F n eig h b o r in g   p ix els at  a  r ad iu s   o f   G  f o r   ea ch   p i x el  ( x ,   y ) .   ii)   C alcu latin g   th e  s tr en g th   d if f er en ce   b etwe en   th e  ce n tr al  p ix el   an d   its   n eig h b o r s .   iii)   T h r esh o ld in g   th e  d i f f er en ce s   t o   cr ea te  a  b in a r y   v ec to r .   iv )   C o n v er tin g   th is   v ec to r   to   a  d e cim al  v alu e,   wh ich   r ep lace s   th e  o r ig in al  s tr en g t h   v alu e  at   ( x ,   y ) .     Fig u r e  1   s h o ws  th e   ex am p le  il lu s tr atio n   s h o win g   th e   L B P  tr an s f o r m atio n   p r o ce s s   o n   a  f u n d u s   im ag e.   T h e  o r i g in al  ey e   im ag e  ( lef t)   u n d e r g o es  p ix el - by - p ix el  i n ten s ity   co m p ar is o n   with   its   n eig h b o r s .   T h e  p ix el   r ep r esen tatio n   m atr ix   ( ce n ter )   s h o ws  in ten s ity   v alu es  wi th   th e  ce n tr al  th r esh o ld   v al u e  o f   1 1 4 .   E ac h   n eig h b o r in g   p ix el  is   co m p ar e d   to   th is   th r esh o ld   to   g en er ate  th e  b in ar y   r ep r esen tatio n   ( r ig h t  ce n ter ) ,   wh er e   v alu es  ≤   1 1 4   ar e   s et  to   1   an d   v alu es  <   1 1 4   a r e  s et  to   0 .   T h e  b in a r y   v alu es  ar e   th en   c o n v er ted   to   d ec im al   r ep r esen tatio n   ( r ig h t)   u s in g   weig h ted   p o s itio n al  en c o d in g ,   p r o d u cin g   th e  f i n al  L B P - tr an s f o r m ed   te x tu r e   p atter n   s h o wn   i n   th e  g r ay s c ale  o u tp u t  im a g e  ( b o tto m   le f t) .   T h is   tr an s f o r m atio n   ca p t u r es  lo ca l  tex tu r e   in f o r m atio n   wh ile  m ain tain in g   in v ar ian ce   to   illu m in atio n   v ar iatio n s .   Fig u r e  1   illu s tr ates  an   ex am p l e  o f   an   L B P - p r o ce s s ed   im ag e .   T h e  L B P  d escr ip to r   is   m ath em atica lly   r ep r esen ted   as  ( 1 6 ) .      ( , ) = ∑ 2 − 1 = 0 ( − )   ( 1 6 )     W h er e    r ep r esen ts   th e  n eig h b o r in g   p ix els,    is   th e  r ad iu s ,     an d     d en o te  th e  in ten s ities   o f   t h e  cu r r en t  an d   n eig h b o r in g   p ix els,  r esp ec tiv e ly ,   an d     is   a  s ig n   f u n ctio n   d e f in ed   as f o llo ws:     ( ) = { 1      ≥ 0     0    }       2 . 4 .     Ca ps ule net wo rk   T h e   co n c ep t   o f   c a p s u l e s   o r ig i n a t e d   f r o m   t h e   w o r k   o f   H i n t o n   e t   a l .  [ 1 1 ]   a n d   w a s   l a t e r   e x p an d e d   u p o n   b y   S ab o u r   e t   a l .  [ 1 2 ] .   T h e s e   p i o n e er i n g   s tu d i e s   s h o w c a s e d   C ap s N e t s   a s   a   p r o m is i n g   a p p r o a c h   f o r   i m a g e  c l a s s i f i c a t io n ,   g e n er a ti n g   s u b s t an t i a l   in t e r e s t   a m o n g   r e s e ar c h er s   a cr o s s   v a r io u s   d i s c ip l i n e s   a n d   p r o m p t in g   f u r th e r   ex p lo r a t io n   o f   t h i s   m e th o d o lo g y .   A   ca p s u l e  i s   a  v e c t o r - b a s e d   r ep r e s e n t a t io n   o f   a n   o b j e c t 's   a t t r ib u t e s ,   w i t h   m u lt i p l e   c ap s u l e s   f o r m i n g   a  c ap s u l e   l ay e r .   A   C ap s N e t   a r ch i t e c t u r e   co m p r i s e s   s t a c k e d   c o n v o l u t io n a l  l ay e r s ,   c ap s u l e   l ay er s   ( in c l u d i n g   p r i m ar y   a n d   c la s s   c a p s u le   la y e r s ) ,   an d   f u l l y   c o n n e c t ed   la y er s .   T h e  en c o d er   n e t w o r k   c o n s i s t s   o f   c o n v o lu t i o n a l   a n d   ca p s u l e  l ay e r s ,   wh e r e a s   t h e  d e c o d er   c o m p r i s e s   f u l l y   c o n n e c t e d   l a y e r 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       A d a p tive  b in a r y  ca p s u le  n etw o r k  fo r   co mp lex  ima g e  r ec o g n itio n   ( Ma vis S erw a a   Yeb o a h )   3749   T h e  m ag n itu d e  o f   a  ca p s u le' s   v ec to r   s ig n if ies th e  p r esen ce   o r   ab s en ce   o f   an   en tity ' s   f ea tu r es,  with   th e   v ec to r   v alu es  g en er ated   b y   n e u r o n s   with in   th e  co n v o l u tio n a l  lay er s .   I n   th e  p r im ar y   ca p s u l e  lay er ,   ca p s u les    ar e  tr an s f o r m ed   u s in g   a  tr an s f o r m atio n   m atr ix      ( 1 7 ) ,   wh i ch   en c o d es  p r o p er ties   s u ch   as  r o tatio n   a n d   s ca lin g .   T h is   tr an s f o r m atio n   y ield s   p r ed ictio n   v ec to r s   ̂  ,   wh ich   ac tiv ely   s ee k   p ar en t  ca p s u les  in   th e  clas s   ca p s u le  lay er   d u r in g   ea c h   iter a tio n .     ̂  = ∗    ( 1 7 )     C o u p lin g   co ef f icien ts ,      ar e  ca lcu lated   to   estab lis h   lin k ag es  b etwe en   ch ild   ̂    an d   p ar en t  ca p s u les   ,   in d icatin g   wh eth er   a  ch ild   ca p s u le' s   p r o p er ties   ar e  p r esen t  in   a  p a r en t  ca p s u l e' s   f ea tu r e  s p ac e.     T h e  len g th   o f   th e  m o d if ied   p r ed ictio n   v ec to r s     d eter m in es  if   two   ca p s u les  s h ar e  s im ilar   p r o p er ties .   I f   th e   len g th   o f     is   clo s e  to   o n e,   it   in d icate s   s im ilar ity ;   o th er wis e,   it  i s   s q u ash ed   to   ze r o .   T h is   s q u ash in g   is   co m p u ted   in   ( 1 8 )   to   ( 2 0 ) .      = (  ) ∑ (  )             ( 1 8 )     = ∑ ̂  = 1   ( 1 9 )     = | | | | 2 1 + | | | | 2 | | | |   ( 2 0 )     T h e  f in al  o u tp u ts   ar e  tr an s f o r m ed   in to   p r o b ab ilit ies  b y   u s in g   th e   s o f tm ax   ac tiv atio n   f u n ctio n .   T h e   en co d er   n etwo r k   p e r f o r m s   f ea tu r e  ex tr ac tio n ,   p r o ce s s in g ,   an d   class if icatio n ,   wh ile  th e  d ec o d er   n et wo r k   r ec o n s tr u cts   th e  in p u t im a g e.           Fig u r e  1 .   L B P p r o ce s s in g   d em o n s tr atio n       2 . 5 .     P r o po s ed  m o del   Fig u r e  2   illu s tr ates  th e  p r o p o s ed   m o d el,   wh ich   c o n s is ts   o f   t wo   AC SF   lay er s ,   o n e  L B P   lay er   with   a     3   ×   3   f ilter ,   th r ee   co n v o lu tio n al  lay er s   with   th e  f ir s t  an d   s ec o n d   lay er s   h av in g   6 4   an d   2 5 6   f ilter s   o f   s ize  3   ×   3  r esp ec tiv ely ,   a  p r im ar y   ca p s u le  lay er   with   ca p s u les  o f   d im en s io n   8 ,   a  class   ca p s u le  lay er   with   ca p s u les  o f   d im en s io n   2 ,   an d   th r ee   f u lly   c o n n ec ted   lay er s   with   5 1 2 ,   1 , 0 2 4 ,   a n d   2 , 3 5 2   n eu r o n s   r esp ec t iv ely .   T h e   p r o p o s ed   m o d el' s   ar ch itectu r e  is   d esig n ed   to   e f f ec tiv ely   ex tr ac t  f ea t u r es  an d   class if y   o cu lar   im a g e s ,   with   ea ch   lay e r   b u ild in g   o n   th e  p r e v io u s   o n e  to   en ab le  r o b u s t  an d   ac cu r ate   o cu lar   im ag e  an aly s is .   T h e  n etwo r k   ar ch itectu r e   p r o ce s s es  in p u t  im a g es  ( 2 8   ×   28   ×   3 )   th r o u g h   two   s eq u en ti al  AC SF   lay er s .   An   L B P  lay e r   ex tr ac ts   in v ar ian t  tex tu r e  f ea t u r es.  T h r ee   co n v o l u tio n al  lay er s   p r o g r ess iv ely   e x tr ac t  h ier ar c h ical  f ea tu r es:  C o n v   1 ,   C o n v   2 ,   a n d   C o n v   3 .   AC SF   lay er s   ar e  m a r k ed   i n   y ello w,   th e  L B P  lay er   in   y ello w - g r ee n ,   c o n v o lu tio n al  lay er s   in   g r ee n ,   ca p s u le  lay er s   in   b lu e,   an d   d ec o d er   lay e r s   in   o r a n g e.       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 .   4 ,  Au g u s t   20 26 :   3 7 4 5 - 3 7 6 0   3750       Fig u r e  2 .   Ar c h itectu r e  o f   th e  p r o p o s ed   a d ap tiv e  b in ar y   C ap s Net   m o d el       2 . 6 .     Da t a s et   des cr iptio n a nd   prepro ce s s i ng   T h e  p r o p o s ed   m o d el’ s   p er f o r m an ce   was e v alu ated   u s in g   tw o   d atasets   s o u r ce d   f r o m   Ka g g l e.   T h e  f ir s t  d ataset  in clu d ed   1 3 4   im ag es  o f   ey es  af f ec te d   b y   g lau co m a   an d   3 8 6   im ag es  o f   ey es  with o u t  g lau c o m a.   T h e   s ec o n d   d ataset  co n tain ed   3 0 6   im ag es  o f   ca tar ac t - af f ec ted   ey es  an d   3 0 6   im ag es  o f   n o n - ca t ar ac t - af f ec ted   ey es.   T h ese  d atasets   wer e  m er g ed   t o   tr ain   th e  p r o p o s ed   m o d el.   F ig u r e  3   p r esen ts   s am p le  im ag es  f r o m   th e  d ataset.   Fig u r e  3 ( a )   p r esen ts   a  s am p le   n o n - i n f ec ted   g lau co m a  e y e,   wh ile  Fig u r e  3 ( b )   p r esen ts   a  g lau co m ato u s   ey e.   Fig u r e  3 ( c )   p r esen ts   a  ca tar a ct - in f ec ted   e y e,   wh ile   Fig u r e   3 ( d )   p r esen ts   a  n o n - i n f ec ted   ca tar ac t  ey e .   T h e   d ataset  was  s p lit  u s in g   a  7 0 : 2 0 :1 0   r atio   f o r   tr ain i n g ,   v alid at io n ,   an d   test in g ,   r esp ec tiv ely .   T o   test   th e  m o d el’ s   g en er aliza b ilit y ,   th e  C I FAR - 1 0   d ataset  was  em p lo y ed .   T h is   d ataset  co n s is ts   o f   1 0   ca teg o r ies:   0 :  air p lan e,     1 : a u to m o b ile,   2 : b ir d ,   3 : c at,   4 : d ee r ,   5 : d o g ,   6 :  f r o g ,   7 : h o r s e,   8 : sh ip ,   an d   9 : tr u ck .           ( a)     ( b )     ( c)     ( d )     Fig u r e  3 .   R ep r esen tativ e  s am p les f r o m   th e  o c u lar   d is ea s e  d at asets   o f   ( a)   n o n - g lau c o m a,   ( b )   g lau co m a,     ( c)   ca tar ac ts ,   an d   ( d )   n o n - ca tar ac ts       Acc o r d in g   t o   Fig u r e   3 ,   s am p le  f u n d u s   an d   ey e  im a g es  d em o n s tr atin g   th e  f o u r   class if icatio n   ca teg o r ies  u s ed   in   m o d el  tr ai n in g   an d   ev al u atio n .   No n - g la u co m a :  h ea lth y   r etin al  f u n d u s   s h o win g   n o r m al   o p tic  d is c  c u p p in g   a n d   u n if o r m   v ascu lar   d is tr ib u tio n   ( Fig u r e  3 ( a) ) .   Glau co m a:  d is ea s ed   f u n d u s   ex h ib itin g   ch ar ac ter is tic  g lau co m ato u s   o p tic  n er v e   d am a g e  with   in cr ea s ed   cu p - to - d is c  r atio   an d   n eu r o r etin al  r im   th in n in g   ( Fig u r e  3 ( b ) ) .   C atar ac ts :  an ter io r   ey e  p h o to g r ap h   s h o win g   len s   o p ac ity   ch a r ac ter is tic  o f   ca tar ac t   f o r m atio n   with   v is ib le  clo u d in g   Fig u r e  ( 3 ( c ) ) .   No n - ca tar ac ts :  h ea lth y   an ter io r   e y e  with   clea r   len s   an d   n o r m al   ir is   s tr u ctu r e   ( Fig u r e   3 ( d ) ) .   T h ese  im ag es  illu s tr ate  th e  v is u al  ch ar ac ter is tics   an d   d iag n o s tic  f ea tu r es  th at  th e   m o d el  m u s t d is tin g u is h   b etwe en   class es .     2 . 7 .     E x perim ent a l set up   T h e  ex p er im en tal  s y s tem   u tili ze d   an   NVI DI A  GeFo r ce   1 , 0 6 0   g r ap h ics  ca r d ,   c o m p le m en ted   b y     8   g ig a b y tes  o f   r a n d o m - ac ce s s   m em o r y ,   t o   f ac ilit ate  ef f icien t  p r o ce s s in g   a n d   d ata  h an d lin g .   Ad d itio n ally ,   th e  b atch   s ize  was   s et   to   1 0 0 ,   th e  lear n in g   r ate  was  in itiali ze d   at  0 . 0 0 1 ,   an d   th e  lear n in g   d ec ay   r ate  was  co n f ig u r ed   to   0 . 9 ,   th er e b y   es tab lis h in g   th e  o p tim al  p ar am eter s   f o r   th e  tr ai n in g   p r o ce s s .   Fu r th er m o r e,   all   co d in g   was  ac co m p lis h ed   u s i n g   th e  Ker as  d ee p   lear n i n g   f r am ewo r k ,   lev e r ag in g   th e  T e n s o r Flo w  b ac k en d   f o r   s ea m less   ex ec u tio n .   No tab ly ,   th e  m ar g in   lo s s   f u n ctio n ,   a s   p r o p o s ed   b y   [ 1 2 ] ,   was  ad o p ted   to   ef f ec tiv ely   m ea s u r e  an d   m i n im ize  th e   er r o r   b etwe en   p r ed icted   an d   ac tu al  o u tp u ts ,   wh er ea s   t h eir   m o d el  was  im p lem en ted   as  a  b aselin e  m o d el.   T h e   co d e  f o r   th is   p a p er   ca n   b e  f o u n d   at  h ttp s ://g ith u b . co m /m y te n u /Ad ap tiv e - B in ar y - C ap s u le - Netwo r k .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       A d a p tive  b in a r y  ca p s u le  n etw o r k  fo r   co mp lex  ima g e  r ec o g n itio n   ( Ma vis S erw a a   Yeb o a h )   3751   3.   RE SU L T S   AND  D I SCU SS I O N   T h is   s ec tio n   p r esen ts   a   co m p r eh en s iv e  ev alu atio n   o f   o u r   p r o p o s ed   AC SF   C ap s Net   an d   co m p ar es  its   p er f o r m an ce   ag ai n s t  th e  b aselin e  m o d el  p r o p o s ed   b y   [ 1 2 ]   ac r o s s   m u ltip le  o cu la r   d i s ea s e  d ataset s .   T h e   ev alu atio n   m et h o d o lo g y   en c o m p ass es  f iv e  k ey   an aly tical  d i m en s io n s :  i)   tr ain in g   d y n am ic s   an d   co n v er g en ce   ch ar ac ter is tics   th r o u g h   ac c u r ac y   an d   lo s s   cu r v es ;   ii)  class - s p ec if ic  p er f o r m a n ce   an aly s is   u s in g   co n f u s io n   m atr ices  with   d etailed   p r ec is io n ,   r ec all,   an d   s p ec if icity   m etr ics ;   iii)  s tatis tical  r o b u s tn ess   ass es s m en t  th r o u g h   5 - f o ld   cr o s s - v alid atio n   with   co n f id e n ce   in ter v al  an aly s i s ;   iv )   s y s tem atic  ab latio n   s tu d ies  to   q u a n tify   in d iv id u al  co m p o n e n t  co n tr i b u tio n s ;   an d   v )   v is u al  an d   q u an titativ e  an aly s is   o f   f ea tu r e  m ap s ,   clu s ter in g   b eh av io r ,   an d   r ec o n s tr u ctio n   q u ality   u s in g   p ea k   s ig n al - to - n o is e  r atio   ( PS NR )   an d   s tr u ctu r al  s im ilar ity   in d ex   m etr ics   ( SS I M) .   Ad d itio n ally ,   th is   s tu d y   p r o v id e  a   f o cu s ed   d is cu s s io n   ex p lain in g   th e   th eo r etica l  f o u n d atio n s   an d   m ec h an is tic  in s ig h ts   in to   wh y   o u r   p r o p o s ed   AC SF   an d   L B P  lay er s   y ield   s u p e r io r   co n tr ast  en h an ce m e n t  an d   g e n er aliza tio n   ca p a b ilit y .     3 . 1 .     E x perim ent a l  curv es a n d c o nfusi o n m a t rix   a na ly s is   Fig u r e  4   s h o ws  th e   tr ain in g   p er f o r m a n ce ,   wh ile   th e   ac cu r ac y   as   in   Fig u r e   4 ( a)   an d   lo s s   cu r v es  as  in   Fig u r e  4 ( b )   f o r   b o th   th e   p r o p o s ed   an d   b aselin e  m o d els  wh en   tr ain e d   o n   th e  c o m b in e d   d ataset.   T h e  p r o p o s ed   m o d el  ac h ie v ed   ac c u r ac ies  o f   9 6 . 9 0 %,  9 6 . 7 8 %,  9 6 . 4 5 %,   an d   9 4 . 8 7 %  o n   th e  c o m b in e d ,   g lau c o m a - o n ly ,   ca tar ac t - o n ly ,   a n d   C I FAR - 1 0   d atasets ,   r esp ec tiv ely .   I n   co m p ar is o n ,   th e  b aselin e  m o d el  r e co r d ed   ac c u r ac ies o f   8 4 . 2 8 %,  9 0 . 0 9 %,  8 9 . 5 0 %,  an d   6 2 . 3 5 %  o n   th e  s am e  d at asets .   T h e  p r o p o s ed   m o d el  d em o n s tr ates  g o o d   co n v er g en ce   ch ar a cter is tics ,   a ch iev in g   tr ain in g   ac cu r ac y   o f   ap p r o x im ately   9 8 %  an d   v alid atio n   ac cu r ac y   o f   9 6 . 9 0 %  b y   ep o ch   5 0 ,   with   s tab le  p er f o r m a n ce   m ain tain e d   th r o u g h o u t  s u b s eq u en t  ep o ch s .   T h e  ac cu r ac y   cu r v es  ex h ib it  m in im al  f lu ctu atio n   af ter   in itial  co n v e r g en ce ,   in d icatin g   r o b u s t  lear n in g   an d   g o o d   g en er aliza tio n   ca p a b ilit y .   I n   co n tr ast,  th e  b aselin e  m o d el   s h o ws  s lo wer   co n v er g en ce ,   r ea ch in g   tr ain in g   ac cu r ac y   o f   a p p r o x im ately   8 5 %  an d   v alid ati o n   ac c u r ac y   o f   8 4 . 2 8 %,   with   n o ticea b ly   h ig h e r   v ar iab ilit y   in   b o th   tr ain in g   an d   v alid atio n   cu r v e s   th r o u g h o u t  th e  tr ain in g   p r o ce s s .   T h e   l o s s   c u r v e s   f u r t h er   c o r r o b o r a t e   t h e s e  o b s e r v a t i o n s ,   w h e r e   t h e   p r o p o s e d   m o d e l' s   t r a i n i n g   a n d   v a l i d a t i o n   l o s s es   c o n v e r g e   t o   a p p r o x i m a t e l y   0 . 0 5   -   0 . 1 0   b y   ep o ch   2 5   an d   r em ai n   s tab le,   wh ile  th e  b aselin e  m o d el' s   l o s s es  s tab ilize  at  h ig h er   v alu e s   ( 0 . 1 5   -   0 . 2 0 )   with   m o r e  p r o n o u n ce d   o s cillatio n s ,   s u g g esti n g   s u b o p tim al  f ea tu r e  lear n in g .   Fig u r e  5   s h o ws  t h e  co n f u s io n   m atr ix   f o r   co m p ar in g   tr ain i n g   p er f o r m an ce .  Fig u r e  5 ( a )   s h o ws  th e  co n f u s io n   m atr ix   o f   th e  p r o p o s ed   m o d el,   wh ile   Fig u r e  5 ( b )   s h o ws  th e  co n f u s io n   m atr ix   o f   th e  b aselin e  m o d el.   T ab les  1   an d   2   p r esen t   d etailed   co n f u s io n   m atr ix   an aly s es  f o r   th e  p r o p o s ed   an d   b aselin e  m o d els,  r esp e ctiv ely ,   r ev ea lin g   th e  m o d els'   p er f o r m an ce   ac r o s s   in d iv id u al  d is ea s e  class e s .   T h e  p r o p o s ed   m o d el  ac h iev es  ex ce p tio n al  class if icatio n   p er f o r m an ce   with     class - s p ec if ic  ac cu r ac ies  r an g in g   f r o m   0 . 9 7 8   to   0 . 9 9 1 .   Fo r   g lau co m a   d etec tio n ,   th e  m o d el  attain s   p er f ec t  p r ec is io n   ( 1 . 0 0 0 )   with   h ig h   s en s itiv ity   ( 0 . 9 2 6 )   an d   s p ec if i city   ( 1 . 0 0 0 )   f o r   g lau co m a - p o s itiv e  ca s es,  wh ile   ac h iev in g   p r ec is io n   o f   0 . 9 7 4 ,   s en s itiv ity   o f   0 . 9 8 7 ,   a n d   s p ec if icity   o f   0 . 9 8 7   f o r   g lau co m a - n eg ativ e  ca s es,  d em o n s tr atin g   e x ce llen t  d is cr im in ativ e  ab ilit y   with   a  m ac r o - av er ag e  ar ea   u n d e r   th e  cu r v e   ( AUC)   o f   0 . 9 7 6 .   T h e  m o d el  s im ilar ly   ex ce ls   in   ca tar ac t  d etec tio n ,   ac h iev in g   a   p r ec is io n   o f   0 . 9 5 2   a n d   a  s en s itiv ity   o f   0 . 9 6 7   f o r   ca tar ac t - p o s itiv e  ca s es,  an d   a  p r ec is io n   o f   0 . 9 6 7   with   a  s en s i tiv ity   o f   0 . 9 6 7   f o r   ca tar ac t - n eg ativ e  ca s es.   Fig u r e  4   s h o ws  th e  tr ain in g   p er f o r m an ce   co m p a r is o n   o v er   2 0 0   e p o ch s .   Acc u r ac y   c u r v es:  th e   p r o p o s ed   m o d el  ac h ie v es  9 8 %  tr ain in g   a n d   9 6 . 9 0 %  v alid atio n   ac cu r ac y   with   s tab le   co n v er g e n ce ,   wh ile   th e   b aselin e  r ea ch es  o n ly   8 5 %  a n d   8 4 . 2 8 %  with   h ig h   o s cillatio n s   ( Fig u r e  4 ( a) ) .   L o s s   cu r v es:  p r o p o s ed   m o d el   co n v er g es to   0 . 0 5   -   0 . 1 0   b y   ep o ch   2 5 ,   wh ile  b aselin e  s tab ilizes at  h ig h er   v alu es ( 0 . 1 5   -   0 . 2 0 )   with   f lu ctu atio n s   in d icatin g   s u b o p tim al  lear n in g   ( Fig u r e  4 ( b ) ) .         ( a)     ( b )     Fig u r e  4 .   T r ain in g   p er f o r m an c e  co m p ar is o n   o f   ( a)   ac cu r ac y   cu r v es a n d   ( b )   l o s s   cu r v es   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 .   4 ,  Au g u s t   20 26 :   3 7 4 5 - 3 7 6 0   3752     ( a)     ( b )     Fig u r e  5 .   C o n f u s io n   m atr ices f o r   ( a)   p r o p o s ed   m o d el  an d   ( b )   b aselin e  m o d el       T ab le  1 .   An aly zi n g   th e  c o n f u s io n   m atr ix   v alu es o f   th e   p r o p o s ed   m o d el   C l a s s   TP   FP   FN   TN   P r e c i s i o n   R e c a l l   S p e c i f i c i t y   A c c u r a c y   p e r   c l a s s   F1 - sc o r e   AUC   C l a u c o m a - p o si t i v e   25   0   2   1 9 9   1 . 0 0 0   0 . 9 2 6   1 . 0 0 0   0 . 9 9 1   0 . 9 6 2   0 . 9 6 3   G l a u c o ma - n e g a t i v e   76   2   1   1 4 7   0 . 9 7 4   0 . 9 8 7   0 . 9 8 7   0 . 9 8 7   0 . 9 8 1   0 . 9 8 7   C a t a r a c t s -   p o s i t i v e   59   3   2   1 6 2   0 . 9 5 2   0 . 9 6 7   0 . 9 8 2   0 . 9 7 8   0 . 9 5 9   0 . 9 7 5   C a t a r a c t s -   n e g a t i v e   59   2   2   1 6 3   0 . 9 6 7   0 . 9 6 7   0 . 9 8 8   0 . 9 8 2   0 . 9 6 7   0 . 9 7 8   M a c r o - a v e r a g e   A U C   0 . 9 7 6       T ab le  2 .   An aly zi n g   th e  c o n f u s io n   m atr ix   v alu es o f   th e   b aselin e  m o d el   C l a s s   TP   FP   FN   TN   P r e c i s i o n   R e c a l l   S p e c i f i c i t y   A c c u r a c y   p e r   c l a s s   F1 - sc o r e   AUC   C l a u c o m a - p o si t i v e   25   15   2   1 8 4   0 . 6 2 5   0 . 9 2 6   0 . 9 2 5   0 . 9 2 5   0 . 7 4 6   0 . 9 2 6   G l a u c o ma - n e g a t i v e   56   9   21   1 4 0   0 . 8 6 2   0 . 7 2 7   0 . 9 4 0   0 . 8 6 7   0 . 7 8 9   0 . 9 4 0   C a t a r a c t s -   p o s i t i v e   59   3   2   1 6 2   0 . 9 5 2   0 . 9 6 7   0 . 9 8 2   0 . 9 7 8   0 . 9 6 0   0 . 9 7 5   C a t a r a c t s -   n e g a t i v e   53   6   8   1 5 9   0 . 8 3 4   0 . 8 7 2   0 . 9 5 2   0 . 9 2 7   0 . 8 4 4   0 . 9 6 4   M a c r o - a v e r a g e   A U C   0 . 9 1 3       T h e  co n s is ten tly   h ig h   F1 - s c o r es  ( 0 . 9 5 9   -   0 . 9 8 1 )   an d   A UC   v alu es  ( 0 . 9 6 3   -   0 . 9 8 7 )   ac r o s s   all     class es   in d icate   b alan ce d   p e r f o r m a n ce   with o u t  s ig n if ican t  b ias  to war d   an y   p ar ticu lar   class ,   d esp ite  th e   d ataset's  in h er en t  class   im b al an ce .   I n   co n tr ast,  th e  b aselin e  m o d el  ex h ib its   s u b s tan tially   lo wer   p er f o r m an c e   ac r o s s   all  m etr ics,  p ar ticu lar ly   s tr u g g lin g   with   g lau c o m a  d et ec tio n ,   wh er e  it  ac h iev es  o n ly   0 . 6 2 5   p r ec is io n   f o r   g lau co m a - p o s itiv e  ca s es,  in d icatin g   a  h ig h   f alse  p o s itiv e  r ate  ( 1 5   m is class if icati o n s ) .   T h e  b aselin e    m o d el' s   s en s itiv ity   f o r   g la u co m a - n eg ativ e   ca s es  is   n o tab ly   p o o r   at  0 . 7 2 7 ,   with   2 1   f alse  n e g ativ es  r ep r esen tin g   a  co n ce r n i n g   m is s   r ate  f o r   th is   cr itical  d iag n o s tic  task .   W h ile  th e  b aselin e  m o d el  p er f o r m s   r elativ ely     b etter   o n   ca tar ac t  d etec tio n   ( p r ec is io n :  0 . 9 5 2   an d   s en s itiv ity :  0 . 9 6 7   f o r   ca tar a ct - p o s itiv e   ca s es),   its   o v er all  m ac r o - av e r ag e  AUC  o f   0 . 9 1 3   f alls   s ig n if ica n tly   s h o r t  o f   th e   p r o p o s ed   m o d el' s   0 . 9 7 6 ,   r ep r esen tin g   a     6 . 9 %  p er f o r m an ce   g ap .   T h e   b aselin e's  lo wer   F1 - s co r es  ( 0 . 7 4 6   -   0 . 9 6 0 )   r ef lect  an   i m b alan ce d   tr ad e - o f f   b etwe en   p r ec is io n   an d   r ec all,   s u g g esti n g   th at  t h e  s tan d a r d   C ap s Net   ar ch itectu r e  wit h o u t  t h e  p r o p o s ed   en h an ce m e n ts   s tr u g g les  to   ca p tu r e  th e  s u b tle  d is cr im in ativ e  f ea tu r es  n ec ess ar y   f o r   ac cu r ate  m u lti - class   o cu lar   d is ea s e  class if icatio n .   T h e  co n f u s io n   m atr ices  r ev ea l   s p ec if ic  m is class if icatio n   p att er n s   th at   h ig h lig h t  th e   p r o p o s ed   m o d el' s   ad v an tag es.  T h e  p r o p o s ed   m o d el  co m m its   o n ly   2   f alse  n eg ativ es  f o r   g lau co m a - p o s itiv e  ca s es  an d   1   f alse  n eg ativ e  f o r   g lau co m a - n eg a tiv e  ca s es,  d em o n s tr atin g   h ig h   s en s itiv ity   cr u cial  f o r   clin ical  s cr ee n in g   ap p licatio n s   wh er e  m is s in g   p o s itiv e  ca s es  ca r r y   s ev er e  co n s eq u en ce s .   Fo r   ca tar ac t  class i f icatio n ,   th e  m o d el  ex h ib its   s y m m etr ic  p er f o r m a n ce   with   o n ly   2   -   3   m is cla s s if icatio n s   p er   cla s s ,   in d icat in g   r o b u s t  f ea tu r e   d is cr im in atio n .   T h e  b aselin e  m o d el' s   co n f u s io n   m atr ix   s h o ws  a  m o r e  p r o b le m atic  p att er n ,   with   1 5   f alse  p o s itiv es  an d   9   f alse  n eg ativ es  f o r   g lau co m a  class es,  s u g g esti n g   d if f icu lty   in   lear n in g   d is cr im in ativ e   b o u n d ar ies  b etwe en   d is ea s e  a n d   h ea lth y   s tates.  T h is   p er f o r m an ce   d is p ar ity   d ir ec tly   v alid ates  th e  ef f ec tiv e n ess   o f   o u r   p r o p o s ed   AC SF   alg o r ith m   an d   L B P  lay er   in   en h an cin g   f ea tu r e  r ep r esen tatio n   q u ality ,   en ab lin g   th e   m o d el  to   ca p tu r e  f in e - g r ain ed   tex tu r al  an d   s tr u ctu r al  p atter n s   th at  d is tin g u is h   b etwe en   g lau co m a,   ca tar ac ts ,   an d   h ea lth y   o cu lar   co n d itio n 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       A d a p tive  b in a r y  ca p s u le  n etw o r k  fo r   co mp lex  ima g e  r ec o g n itio n   ( Ma vis S erw a a   Yeb o a h )   3753   Fig u r e  5   s h o ws  th e   c o n f u s io n   m atr ices  f o r   m u lti - class   o cu la r   d is ea s e  cla s s if icatio n   o n   th e  co m b in ed   test   d ataset.   Pro p o s ed   m o d el   co n f u s io n   m atr ix   s h o win g   g o o d   class if icatio n   p er f o r m a n ce   ac r o s s   all  f o u r   class es  ( g lau co m a - p o s itiv e,   g lau co m a - n eg ativ e,   ca ta r ac ts - p o s itiv e,   an d   ca tar ac ts - n eg a tiv e )   as  s h o wn   in     Fig u r e  5 ( a) .   T h e  m o d el  ac h iev es  h ig h   d iag o n al  v alu es  with   m in im al  o f f - d ia g o n al  m is class if icatio n s .   B aselin e   m o d el  co n f u s io n   m atr ix   r e v ea ls   s u b s tan tially   m o r e  class if icat io n   er r o r s ,   as sh o wn   in   Fig u r e  5 ( b ) .     3 . 2 .     Cro s s - v a lid a t io n a nd   s t a t is t ica l r o bu s t nes s   a na ly s i s   T o   ass ess   t h e   s t atis t ica l  r o b u s tn ess   an d   g e n e r a liz ati o n   ca p a b il it y   o f   t h e   p r o p o s e d   m o d el ,   t h is   s t u d y   co n d u ct ed   5 - f o ld   c r o s s - v al id at io n   o n   al l  d at asets .   I n   t h is   ap p r o ac h ,   e ac h   d a tase t  was   r a n d o m l y   p a r tit io n ed   i n t o   f i v e   eq u a ll y - s ize d   s u b s ets ,   wi t h   e ac h   s u b s et   s e r v i n g   as   t h e   te s t  s et   o n ce   wh ile   t h e   r em ai n i n g   f o u r   s u b s e ts   we r e   u s e d   f o r   t r ai n i n g .   T h is   p r o c es s   en s u r es  t h at  e v er y   s a m p le   i n   th e  d atas et  is   u s e d   f o r   b o th   tr ain in g   an d   test in g ,   p r o v i d i n g   a   c o m p r e h e n s i v e  ev al u at io n   o f   m o d el  p e r f o r m a n c e  a cr o s s   d i f f e r e n t   d ata   s p l its .   T h e   m ea n   p e r f o r m a n c e   m et r ics   an d   t h ei r   c o r r esp o n d i n g   s ta n d a r d   d ev iati o n s   a cr o s s   a ll   f i v e   f o l d s   wer e   c alc u l ate d   to   q u a n ti f y   t h e   m o d e l' s   co n s is te n c y   an d   r eli ab ilit y .   T a b les   3   an d   4   p r es en t  t h e   d et ail ed   r e s u lts   o f   th e  5 - f o l d     cr o s s - v ali d a ti o n   f o r   b o th   t h e  p r o p o s e d   m o d el   a n d   t h e   b ase lin e  m o d el   a cr o s s   a ll   p er f o r m a n c e  m e tr ics .   T h e   p r o p o s e d   m o d el   a ch ie v e d   a  m ea n   ac c u r a cy   o f   9 5 . 7 2 %  w it h   a   s ta n d a r d   d e v i ati o n   o f   0 . 7 8 %  o n   t h e   c o m b i n ed   d at ase t,   c o m p ar e d   to   t h e   b as el in e   m o d el' s   m ea n   a cc u r ac y   o f   8 4 . 8 7 %   wi th   a  s t a n d ar d   d e v i ati o n   o f   1 . 1 5 % .   F o r   th e   g l au co m a - o n l y   d a tas et,   t h e  p r o p o s e d   m o d el   d e m o n s t r at ed   s u p er io r   p e r f o r m an ce   wi th   a  m e an   a cc u r ac y   o f   9 6 . 4 3 % ( ±   0 . 8 9 % ) ,   w h i le   t h e   b aseli n e  ac h i ev ed   8 9 . 8 5 %   ( ±   1 . 2 3 % ) .   Sim ila r l y ,   o n   t h e   c ata r a cts - o n l y   d atas et ,   th e   p r o p o s e d   m o d el  att ai n e d   9 6 . 7 1 %  ( ±   0 . 8 2 %)   a cc u r ac y   c o m p a r e d   to   t h e   b ase li n e' s   8 9 . 3 4 %  ( ±   1 . 1 8 % ) .   T h es e   r es u lts   i n d ic at e  th at   t h e   p r o p o s ed   m o d e l  n o t   o n ly   a c h ie v es   h i g h e r   ac cu r a c y   b u t   als o   e x h i b its   g r ea t e r   s ta b ili ty   ac r o s s   d i f f e r e n t   d at a   p ar titi o n s ,   as   e v i d e n c e d   b y   t h e   l o w e r   s t an d a r d   d e v ia ti o n s .   T h is   s t u d y   c o m p u te d   9 5 %   co n f i d e n c e   i n te r v als   f o r   th e   m ea n   ac c u r ac y   t o   p r o v i d e   a   s tat i s tica ll y   r ig o r o u s   m e asu r e   o f   m o d el   r el ia b il it y .   T h e   co n f i d e n c e  i n t er v a ls   w er e  c al cu l at ed   u s in g :         =  ± 1 . 96 × (        /   √ ) ,  wh er e    r ep r esen ts   th e  n u m b e r   o f   f o ld s .   Fo r   th e   p r o p o s ed   m o d el,   th e   9 5 %  co n f id en ce   in ter v als  o n   th e   co m b in ed   d ataset  wer e  [ 9 5 . 0 4 %,  9 6 . 4 0 %],   in d icatin g   th at   we  ca n   b e  9 5 %  co n f i d en t  th at   t h e  tr u e   p o p u latio n   m ea n   ac cu r ac y   lies   with in   th is   r an g e.   T h e  c o r r esp o n d in g   i n ter v als  f o r   th e  g lau co m a - o n ly   an d   ca tar ac ts - o n ly   d atasets   wer e  [ 9 5 . 5 4 %,  9 7 . 3 2 %]  an d   [ 9 5 . 8 9 %,  9 7 . 5 3 %],   r esp ec tiv ely .   I n   co n tr ast,  t h e  b aselin e  m o d el   ex h ib ited   wid e r   c o n f id e n ce   in ter v als  o f   [ 8 3 . 8 6 %,   8 5 . 8 8 %]  f o r   t h e  co m b in ed   d ataset,   [ 8 8 . 6 2 %,  9 1 . 0 8 %]  f o r   g lau co m a,   a n d   [ 8 8 . 1 6 %,  9 0 . 5 2 %]  f o r   ca tar ac ts .   T h e  n a r r o wer   co n f id en c e  in ter v als  o f   t h e  p r o p o s ed   m o d el   d em o n s tr ate  n o t  o n ly   s u p er i o r   p er f o r m a n ce   b u t  also   g r ea ter   p r ec is io n   in   t h e   p er f o r m an ce   esti m ates,  s u g g esti n g   th at  th e  im p r o v e m en ts   ar e  s tatis tical ly   r o b u s t a n d   r ep r o d u ci b le.   T o   d eter m in e  w h eth er   th e   p er f o r m an ce   d if f er e n ce   b etwe en   th e  p r o p o s ed   an d   b aselin e  m o d els  was  s tatis t ically   s ig n if ican t,  we  c o n d u cte d   a  p air ed   t - test   o n   th e  ac cu r ac y   s co r es  o b tain e d   f r o m   ea ch   f o ld .   T h e   p air ed   t - test   is   ap p r o p r iate  h e r e  b ec au s e  ea ch   f o ld   r e p r esen ts   a  m atch ed   p air   o f   o b s er v atio n s   f r o m   th e  s am e   d ata  s u b s et.   T h e  r esu lts   s h o wed   th at  th e  p r o p o s ed   m o d e l  s ig n if ican tly   o u tp er f o r m ed   th e  b aselin e  m o d el  ac r o s s   all  d atasets   ( p   <   0 . 0 0 1 ) ,   with   m ea n   ac cu r ac y   im p r o v e m en ts   o f   1 0 . 8 5 %  o n   th e   co m b in ed   d ataset,   6 . 5 8 %   o n   th e   g la u co m a   d ataset,   an d   7 . 3 7 %  o n   th e   ca tar ac ts   d atas et.   T h ese  s tatis tically   s ig n if ican t  im p r o v em e n ts ,   co m b in ed   with   th e  co n s is ten t  p er f o r m an ce   ac r o s s   all  f o ld s   an d   th e  n ar r o w  co n f id e n ce   in ter v als,  p r o v id e   s tr o n g   ev id en c e  th at  th e  p r o p o s ed   alg o r ith m   an d   L B P   in teg r atio n   co n tr ib u te  s u b s tan tially   to   en h an ce d   d iag n o s tic  ac cu r ac y   an d   m o d el  r eliab ilit y .   T h e  co n s is ten t  s u p er io r   p e r f o r m an ce   ac r o s s   m u ltip le  in d ep en d e n t  d ata  s p lits   d em o n s tr ates  th at  o u r   m o d el' s   ad v an tag es  ar e   n o t  ar tifa cts  o f   a  p ar ticu la r   tr ain - test   s p lit  b u t  r ep r esen t g en u in e  im p r o v e m e n ts   in   th e  ab ilit y   to   lear n   r o b u s t f ea tu r es f r o m   lim ited   m ed ica l im ag in g   d ata.       T ab le  3 .   5 - f o ld   v alid atio n   r esu lts   f o r   th e  b aselin e  m o d el  u s in g   th e  co m b in ed   d ataset   F o l d   A c c u r a c y   P r e c i s i o n   R e c a l l   F1 - sc o r e   AUC   1   0 . 8 4 9 6   0 . 8 2 0 5   0 . 8 3 8 1   0 . 8 2 8 4   0 . 9 0 8 7   2   0 . 8 3 1 9   0 . 8 1 4 2   0 . 8 2 7 3   0 . 8 2 0 2   0 . 9 0 1 5   3   0 . 8 5 8 4   0 . 8 3 1 2   0 . 8 4 5 5   0 . 8 3 7 8   0 . 9 2 0 1   4   0 . 8 4 0 7   0 . 8 1 8 9   0 . 8 2 9 8   0 . 8 2 3 9   0 . 9 0 9 4   5   0 . 8 6 2 8   0 . 8 3 5 6   0 . 8 5 0 1   0 . 8 4 2 3   0 . 9 2 5 3   M e a n   0 . 8 4 8 7   0 . 8 2 4 1   0 . 8 3 8 2   0 . 8 3 0 5   0 . 9 1 3 0   S t d .   d e v   0 . 0 1 1 5   0 . 0 0 8 5   0 . 0 0 9 3   0 . 0 0 8 8   0 . 0 0 9 8       T h e  9 5 % c o n f id en ce   in ter v al  f o r   th e  b ase  m o d el  u s in g   th e  co m b in ed   d ataset:   i)   Acc u r ac y : 8 4 . 8 7 % ±   1 . 0 1 %  ≥   ( 8 3 . 8 6 %   -   8 5 . 8 8 %) .   ii)   Pre cisi o n : 8 2 . 4 1 % ±   0 . 7 5 %  ≥   ( 8 1 . 6 6 %   -   8 3 . 1 6 %) .   iii)   R ec all: 8 3 . 8 2 % ±   0 . 8 2 %  ≥   ( 8 3 . 0 0 %   -   8 4 . 6 4 %) .   iv )   F1 - s co r e : 8 3 . 0 5 % ±   0 . 7 7 %  ≥   ( 8 2 . 2 8 %   -   8 3 . 8 2 %) .   v)   AUC:   9 1 . 3 0 % ±   0 . 8 6 %  ≥   ( 9 0 . 4 4 %   -   9 2 . 1 6 %) .   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 .   4 ,  Au g u s t   20 26 :   3 7 4 5 - 3 7 6 0   3754   T ab le  4 .   5 - f o ld   v alid atio n   r esu lts   f o r   th e  p r o p o s ed   m o d el  u s in g   th e  c o m b in e d   d ataset   F o l d   A c c u r a c y   P r e c i s i o n   R e c a l l   F1 - sc o r e   AUC   1   0 . 9 5 5 8   0 . 9 5 2 3   0 . 9 5 3 1   0 . 9 5 2 7   0 . 9 7 4 5   2   0 . 9 4 6 9   0 . 9 4 4 5   0 . 9 4 5 3   0 . 9 4 4 9   0 . 9 6 8 2   3   0 . 9 6 4 6   0 . 9 6 1 8   0 . 9 6 2 5   0 . 9 6 2 1   0 . 9 8 1 2   4   0 . 9 5 1 3   0 . 9 5 8 9   0 . 9 4 9 7   0 . 9 4 9 3   0 . 9 7 2 1   5   0 . 9 6 7 3   0 . 9 6 4 1   0 . 9 6 4 9   0 . 9 6 4 5   0 . 9 8 2 8   M e a n   0 . 9 5 7 2   0 . 9 5 4 3   0 . 9 5 5 1   0 . 9 5 4 7   0 . 9 7 5 8   S t d .   d e v   0 . 0 0 7 8   0 . 0 0 7 6   0 . 0 0 7 7   0 . 0 0 7 6   0 . 0 0 5 9       T h e  9 5 %  co n f id en ce   in ter v als  f o r   th e  p r o p o s ed   m o d el  u s in g   t h e  co m b i n ed   d ataset:   i)   Acc u r ac y : 9 5 . 7 2 % ±   0 . 6 8 %  ≥   ( 9 5 . 0 4 %   -   9 6 . 4 0 %) .   ii)   Pre cisi o n : 9 5 . 4 3 % ±   0 . 6 %  ≥   ( 9 4 . 7 6 %   -   9 6 . 1 0 %) .   iii)   R ec all: 9 5 . 5 1 % ±   0 . 6 8 %  ≥   ( 9 4 . 8 3 %   -   9 6 . 1 9 %) .   iv )   F1 - s co r e : 9 5 . 4 7 % ±   0 . 6 7 %  ≥   ( 9 4 . 8 0 %   -   9 6 . 1 4 %) .   v)   AUC:   9 7 . 5 8 % ±   0 . 5 2 %  ≥   ( 9 7 . 0 6 %   -   9 8 . 1 0 %) .     3 . 3 .     Abla t io n study   T h is   s ec tio n   p r esen ts   a  s y s tem atic  ab latio n   an aly s is   o f   o u r   p r o p o s ed   C ap s Net   alg o r ith m ,   w h ich   aim s   to   d is s ec t  th e  co n tr ib u tio n s   o f   ea ch   co m p o n e n t  to   th e  m o d e l's   p er f o r m an ce .   B y   s y s tem atica lly   r em o v in g   o r   m o d if y in g   in d iv i d u al  co m p o n en ts ,   we  in v esti g ate  th e  cr itica l e lem en ts   th at  d r iv e  th e  ac cu r ac y   o f   th e  p r o p o s ed   m o d el.   Pre s en ted   in   T ab le  5 ,   th is   s tu d y   o b s er v ed   th at  r em o v in g   th e  AC SF   lay er   1   r esu lted   in   a  d ec r ea s e  in   ac cu r ac y   o f   3 . 4 8 %  o n   th e  co m b in ed   d ataset,   3 . 7 9 %  o n   th e  g lau co m a  d ataset,   an d   3 . 3 3 %  o n   th e  ca tar ac ts   d ataset.   R em o v in g   AC SF   lay er   2   led   to   a  d ec r ea s e  in   ac c u r a cy   o f   5 . 9 5 %  o n   t h e  co m b in ed   d ataset,   5 . 0 3 %  o n   th e  g lau co m a  d ataset,   an d   4 . 4 1 %  o n   th e   ca tar ac t  d ataset.   R em o v in g   b o t h   AC SF   lay er s   1   an d   2   r esu lted   in   a  s ig n if ican t  d ec r ea s e  in   ac c u r a cy   o f   1 0 . 2 8 %  o n   th e  co m b in e d   d ataset,   1 0 . 2 1 %  o n   th e  g lau co m a  d ataset,   an d   1 0 . 5 6 %  o n   t h e  ca tar ac ts   d atas et.   R em o v in g   c o n v o lu tio n al   lay er s   2   an d   3   r esu lted   i n   a  d ec r ea s e  in   ac cu r ac y   o f   2 . 8 7 %  o n   th e   co m b i n ed   d at aset,  2 . 0 7 %  o n   th e   g lau co m a  d ataset,   an d   1 . 6 9 %  o n   th e   ca tar ac ts   d ataset.   R em o v in g   L B P  lay er   1 ,   in   c o m b in atio n   with   r em o v in g   A C SF   lay er s   1   an d   2 ,   r esu lted   in   a  d ec r ea s e  in   ac cu r ac y   o f   5 . 5 1 %  o n   th e  co m b in ed   d ataset,   5 . 5 5 %  o n   th e  g lau co m a  d ataset,   an d   5 . 1 7 %  o n   th e  ca tar ac ts   d ataset.   R em o v in g   AC SF   lay er   1 ,   co n v o lu tio n al  lay er   1 ,   a n d   L B P  lay er   1   r esu lted   in   a  d ec r ea s e  in   ac cu r ac y   o f   6 . 1 6 %  o n   t h e  co m b in ed   d at aset,  5 . 8 1 %  o n   t h e  g lau c o m a  d ataset,   an d   5 . 5 9 %  o n   t h e  ca ta r ac ts   d ataset.   T h ese   r esu lts   s u g g est  th at  th e  AC SF   lay er s ,   p ar ticu lar ly   la y er   1 ,   a r e  cr u cial  f o r   th e  m o d el' s   p er f o r m an ce ,   w h ile  th e  co n v o l u tio n al  lay er s   2   an d   3   h av e  a  s m aller   im p ac t o n   ac cu r ac y .     Ad d itio n ally ,   th e  L B P  lay er   1   h as  a  s ig n if ican t  im p ac t  wh en   co m b in ed   with   r em o v in g   AC SF   lay er s .   I n   s im p le  ter m s ,   th e  a b latio n   s tu d y   s h o wed   th at   as f o llo ws :   i)   T h e  AC SF   lay er s   ar e  v er y   im p o r tan t f o r   th e  p r o p o s ed   m o d el's ac cu r ac y ,   esp ec ially   th e  f ir s t A C SF   lay er .   ii)   R em o v in g   th e  AC SF   lay er s   s ig n if ican tly   r e d u ce s   th e  p r o p o s ed   m o d el' s   p er f o r m an ce .   iii)   T h e  co n v o lu tio n al  la y er s   ( 2   a n d   3 )   h av e  a  s m aller   im p ac t   o n   ac cu r ac y .   iv )   T h e  L B P lay er   1   also   p lay s   a  s ig n if ican t r o le,   esp ec ially   wh e n   co m b i n ed   with   th e  AC SF   lay er s .       T ab le  5 .   Ab latio n   s tu d ies   La y e r s   C o m b i n e d   d a t a set   ( %)   G l a u c o ma  d a t a s e t   ( %)   C a t a r a c t   d a t a s e t   ( %)   * A C S F   1   9 2 . 1 5   9 2 . 9 9   9 3 . 1 2   * A C S F   2   8 9 . 6 8   9 1 . 7 5   9 2 . 3 4   * A C S F   1   a n d   2   8 5 . 3 5   8 6 . 5 7   8 5 . 8 9   * A C S F   1   a n d   C o n v   1   8 9 . 4 7   9 1 . 6 7   9 2 . 8 6   * A C S F   1 ,   2 ,   a n d   L B P   l a y e r   1   8 5 . 1 2   8 6 . 2 3   8 7 . 2 8   *   C o n v   2   a n d   3   9 2 . 7 6   9 4 . 7 1   9 4 . 7 6   * LB P   l a y e r   1 ,   A C S F   2 ,   a n d   C o n v   1   9 0 . 3 9   9 1 . 9 7   9 2 . 3 4   * mea n s   r e m o v a l   o f   a   l a y e r       3 . 4 .     Vis ua l a na ly s is   I n   th is   s ec tio n ,   th is   s tu d y   v is u ally   an aly ze   th e  f ea tu r e  m ap s ,   clu s ter s ,   an d   r ec o n s tr u cted   im ag es  p r o d u ce d   b y   t h e   p r o p o s ed   m o d el  an d   th e  b aselin e  m o d el   to   g ain   a  d ee p er   u n d er s tan d in g   o f   th eir   p er f o r m an ce .   Fig u r e  6   s h o ws  th e  co m p ar is o n   o f   f ir s t  co n v o lu tio n al  lay er   f ea tu r e  m ap s .   T h e  f ea tu r e  m ap s   g en er ated   b y   th e   p r o p o s ed   m o d el  ( Fig u r e   6 ( a) )   ar e  s ig n if ica n tly   s m o o th e r   an d   m o r e  v is u ally   ap p ea lin g   co m p ar ed   to   th o s e  p r o d u ce d   b y   t h e  b aselin e  m o d el  ( Fig u r e   6 ( b ) ) .   T h e  f ea tu r e s   in   o u r   p r o p o s ed   m o d el' s   f ea tu r e  m ap s   a r e  m o r e  d ef in ed   a n d   ea s ily   id en tifia b le ,   wh er ea s   th e  b aselin e  m o d el' s   f ea tu r e  m a p s   h av e  a  lo t o f   b la ck ed - o u t  ar ea s   an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.