Bachelor's Thesis

A mobile app for measuring the pupillary reflex

Final Thesis 7.5 MB

Author of thesis: Bc. Alex Marinica

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Adam Herout, Ph.D.

Reviewer: Ing. Markéta Juránková, Ph.D.

Abstract:

This thesis addresses the quantitative assessment of the pupillary light reflex using a smart-
phone. Smartphone pupillometry is presented as an intermediate approach between two
currently used methods of pupil assessment: penlight examination of the pupillary reflex
andspecializedpupillometry. Thefirstcontributionofthethesisisacustomdatasetconsist-
ing of 92 recordings from 43 volunteers, with 1,984 annotated training frames. The second
contribution is PupilIrisNet, a lightweight convolutional model trained and validated on the
created dataset. In cross-validation, it achieves mean errors of 2.87 px for pupil center local-
ization, 3.38 px for iris center localization, a mean absolute error of 3.31 px for radii, and a
pupil-to-iris ratio error of 0.0480. The third contribution is an iOS application that guides
the user during the video recording of pupillary response, controls the camera and torch,
evaluates recording quality, displays the pupil-diameter time series together with derived
metrics, and enables their export into a formatted report. The results are reported with
respect to the limitations arising from dataset size, acquisition variability, and validation
scope.

Keywords:

pupillary light reflex, quantitative pupillometry, smartphone pupillometry, iOS, pupil detection, recording quality

Date of defence

18.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student nejprve prezentoval výsledky, kterých dosáhl v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Student následně odpověděl na otázky oponenta a na další otázky přítomných. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studenta na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm B.

Topics for thesis defence

  1. Jakým způsobem se sít učí lokalizovat střed zornice/duhovky, když trénovací data byla pořízena výřezem kolem středu oka?
  2. Předpokládá proces měření pomocí mobilního zařízení asistenci druhé osoby, nebo je systém navržen tak, aby se uživatel dokázal diagnostikovat sám? 
  3. V rámci měření se v současnosti pořizuje pouze jeden snímek. Nebylo by pro zvýšení přesnosti a spolehlivosti vyhodnocení vhodnější realizovat analýzu na základě více fotografií? 

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Information Technology (BIT)

Composition of Committee

prof. Dr. Ing. Jan Černocký (předseda)
doc. Ing. Zdeněk Vašíček, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Jiří Hynek, Ph.D. (člen)
RNDr. Marek Rychlý, Ph.D. (člen)
Ing. Vojtěch Havlena, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Adam Herout, Ph.D.

Řešitel byl nadstandardně motivovaný a aktivní při řešení a má svá očekávání ohledně nasazení své aplikace. V některých případech řešitel volil postupy spíše podle své intuice než podle zaběhlých postupů v oboru a/nebo rad vedoucího.

Evaluation criteria Verbal classification
Information about assignment

Zadání vzešlo z vlastní iniciativy a podnikatelského/inovátorského nadšení řešitele. Řešitel vytvořil aplikaci pro měření pupilárního reflexu, která může sloužit pro "diagnostiku" některých medicínských stavů. Vytvořené řešení využívá algoritmy strojového učení/počítačového vidění a toto technologické jádro zapouzdřuje do vizuálně atraktivního a dobře použitelného uživatelského rozhraní.

Work with literature

Řešitel nastudoval prameny z oblasti počítačového vidění a strojového učení a také z oblasti návrhu a vývoje mobilních aplikací.

Activity during solution, consultations, communication

Řešitel pracoval hodně samostatně a konzultací využíval obvykle až po několikanásobném upomenutí ze strany vedoucího. V řešení se hodně spoléhal na vlastní intuici a znalosti a v přijímání rad (i třeba dobrých) nebyl příliš aktivní.

Activity during completion

Řešitel ani při dokončování práce a psaní technické zprávy příliš aktivně nevyhledával a nepřijímal rady vedoucího.

Publication activity, awards

Řešitel prezentoval svoji práci na Excel@FIT a zúčstnil se fakultní aktivity BoosterChallenge.

Řešitel má ambici vytovřené řešení prakticky nasadit a pokud možno komercializovat.

Points proposed by supervisor: 75

Grade proposed by supervisor: C

Student si vybral náročnější téma, kde musel vyvinout jak aplikaci s uživatelským rozhraním, tak natrénovat model pro extrakci dat vhodných pro vyhodnocení pupilárních metrik na mobilním zařízení. Zatímco aplikace dosahuje velmi vysoké úrovně, část zaměřená na počítačové vidění úplně neprokazuje studentovo hluboké porozumění dané problematice. Z těchto důvodů navrhuji výslednou známku C.

Evaluation criteria Verbal classification Points
The difficulty of the assignment

Evaluation level: more difficult assignment

Zadání hodnotím jako obtížnější, protože cílem práce bylo nejen natrénování specializovaného modelu pro měření pupilárního reflexu, ale také vývoj aplikace pro snímání a vyhodnocení dat.

Presentation level of the technical report

Práce je vhodně strukturovaná a jednotlivé kapitoly na sebe přirozeně navazují. Pochopitelnost pro čtenáře je však v některých technických pasážích snížena nepřehlednými rovnicemi s proměnnými, které nejsou v textu dostatečně popsány (např. rovnice pro GeomScore na str. 24), a velkým množstvím konstant bez bližšího vysvětlení jejich hodnot.

Dále student v celé práci používá u některých metrik absolutní hodnoty (typicky chyba lokalizace středu zornice či duhovky kolem 3 px) bez uvedení jejich vztahu k velikosti duhovky. Čtenář tak nemá možnost posoudit, zda se jedná o chybu významnou, či zanedbatelnou.

Rovněž v textu zůstávají některé nevysvětlené části (jak se používá anotovaná orientace zornice a duhovky? jak dobře model klasifikuje mrknutí a pravolevou orientaci? a jiné).

70
Formal preparation of a technical report

Po jazykové stránce je práce na vysoké úrovni. Drobné výhrady mám k referencování obrázků a tabulek, z nichž některé nejsou v textu zmíněny (např. tabulky 2.1, 3.1, 4.1 a 5.1), a k použití nečíslovaných rovnic.

90
Realisation output

Realizační výstup práce lze rozdělit do dvou částí: 1) příprava datasetu a trénování vlastního modelu pro extrakci dat potřebných k měření pupilárního reflexu a 2) vývoj iOS aplikace pro záznam a vyhodnocení videodat. Zatímco výsledná aplikace je kvalitně zpracovaná, část zaměřená na počítačové vidění obsahuje několik nedostatků.

Za nejvýznamnější považuji způsob přípravy trénovacích dat. Nevidím jasný přínos trénování heatmap pro lokalizaci zornice a duhovky v situaci, kdy jsou oči ve všech vzorcích vystředěny. Jaké přesnosti by bylo dosaženo při použití jednoduchého odhadu středu oka jako středu snímku?

Chybí také srovnání se standardními metodami pro měření pupilárních metrik, přestože byly v práci zmíněny. I když jejich nasazení na mobilním zařízení nemusí být prakticky realizovatelné, kvalitativní porovnání s navrženým řešením by bylo přínosné.

Výhradu mám také k metodice vyhodnocování. Student zvolil váženou výslednou metriku, přičemž jednotlivé varianty byly vyhodnocovány na různých bězích trénování. Standardní postup je: 1) zvolit si vhodnou fixní metriku, 2) najít vhodné parametry trénování a vhodné váhy pro jednotlivé části loss funkce. Student však zafixoval trénovací část a následně upravoval váhy výsledného skóre.

Za plus naopak považuji vytvořenou datovou sadu.

70
Usability of results

Práce v této chvíli není využitelná, pokud by však student na ní chtěl dále pracovat, mohla by sloužit jako dobrý odrazový můstek.

The extent to which the requirements of the assignment have been met

Evaluation level: assignment fulfilled

Drobná výhrada se vztahuje k prezentačním materiálům vyžadovaným v bodu 9 zadání (plakát a video), které jsem v odevzdaných souborech nenašla. Tuto skutečnost však považuji za velmi marginální nedostatek.

Extent of the technical report

Evaluation level: is within the usual extent

Práce je v obvyklém rozsahu, závěr je na straně 49.

Work with literature

Student pracuje s relevantními zdroji z oblasti medicíny i počítačového vidění. Při řešení se vydal vlastní cestou a převzaté prvky řádně cituje. Drobné výhrady mám k některým formálním nedostatkům v citacích. Jako příklad zde uvádím poznámky pod čarou 2 a 5, které místo standardní vědecké citace odkazují na arXiv.

75
Topics for thesis defence:
  1. Jakým způsobem se sít učí lokalizovat střed zornice/duhovky, když trénovací data byla pořízena výřezem kolem středu oka?
Points proposed by reviewer: 70

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová