MM-SpuBench: Towards Better Understanding of Spurious Biases in Multimodal LLMs
Wenqian Ye, 刘博涵 (Bohan Liu), Guangtao Zheng, Di Wang, Yunsheng Ma, Xu Cao, Bolin Lai, James M. Rehg, Aidong Zhang
초록
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허위 편향, 즉 입력의 표면적 속성과 예측 대상 사이의 허위 상관관계를 활용하려는 경향은 고전 기계 학습 문제에서 심각한 강건성 결함으로 드러난 바 있다. 사전학습된 시각·언어 모델을 활용하는 멀티모달 대규모 언어 모델(MLLM)은 최근 시각-언어 통합 이해에서 강력한 능력을 보여주었다. 그러나 MLLM에서 허위 편향의 존재와 심각도는 여전히 잘 이해되지 않는다. 본 연구는 이 간극을 메운다: 멀티모달 설정에서의 허위 편향을 분석하고, 이 문제를 드러낼 수 있는 추론 시점의 데이터 패턴을 밝힌다. 이 분석을 지원하기 위해 핵심 속성과 허위 속성으로 주석된 이미지-클래스 쌍으로 구성된, 사람이 검증한 포괄적 벤치마크 데이터셋 MM-SpuBench를 도입한다. 이 벤치마크는 9가지 서로 다른 허위 상관관계 유형에 대한 우리의 분류 체계에 기반하며, 인간이 해석 가능한 속성 정보로 구축되어 실제 세계 지식을 반영하는 광범위한 허위 패턴을 포착한다. 이 벤치마크를 활용하여 최신 오픈소스 및 독점 MLLM을 표준 정확도와 제안하는 조건부 생성 우도 우위(CGLA)로 종합적으로 평가한다. 우리의 발견은 허위 상관관계에 대한 의존의 지속성과 이 벤치마크에서의 완화의 어려움을 부각한다. 이 연구가 이러한 편향을 완화하는 새로운 기술적 진전에 영감을 주기를 바란다. 벤치마크는 https://huggingface.co/datasets/mmbench/MM-SpuBench에서 공개되어 있다.
원문 초록 (영어)
Spurious bias, a tendency to exploit spurious correlations between superficial input attributes and prediction targets, has revealed a severe robustness pitfall in classical machine learning problems. Multimodal Large Language Models (MLLMs), which leverage pretrained vision and language models, have recently demonstrated strong capability in joint vision-language understanding. However, both the presence and severity of spurious biases in MLLMs remain poorly understood. In this work, we address this gap by analyzing the spurious biases in the multimodal setting and uncovering the specific inference-time data patterns that can manifest this problem. To support this analysis, we introduce MM-SpuBench, a comprehensive, human-verified benchmark dataset consisting of image-class pairs annotated with core and spurious attributes, grounded in our taxonomy of nine distinct types of spurious correlations. The benchmark is constructed using human-interpretable attribute information to capture a wide range of spurious patterns reflective of real-world knowledge. Leveraging this benchmark, we conduct a comprehensive evaluation of the state-of-the-art open-source and proprietary MLLMs with both standard accuracy and the proposed Conditional Generation Likelihood Advantage (CGLA). Our findings highlight the persistence of reliance on spurious correlations and the difficulty of mitigation on our benchmark. We hope this work can inspire new technical strides to mitigate these biases. Our benchmark is publicly available at https://huggingface.co/datasets/mmbench/MM-SpuBench.
이 논문의 기여
멀티모달 LLM의 허위 편향 벤치마크: 정답이 허위 단서(배경, 텍스트 오버레이, 동시출현)와 무관하도록 짝지은 이미지 세트. 강력한 MLLM이 지름길에 크게 의존함을 밝혀, 편향 인식 평가와 완화를 촉구합니다.
BibTeX
@inproceedings{ye2026mmspubench,
title = {MM-SpuBench: Towards Better Understanding of Spurious Biases in Multimodal LLMs},
author = {Wenqian Ye and Bohan Liu and Guangtao Zheng and Di Wang and Yunsheng Ma and Xu Cao and Bolin Lai and James M. Rehg and Aidong Zhang},
booktitle = {ACM SIGKDD Conference on Knowledge Discovery and Data Mining (KDD)},
year = {2026},
url = {https://arxiv.org/abs/2406.17126}
}