SAGE: Spuriousness-Aware Guided Prompt Exploration for Mitigating Multimodal Bias

Wenqian Ye, Di Wang, Guangtao Zheng, 刘博涵 (Bohan Liu), Aidong Zhang

AAAI 2026 arXiv ↗ Scholar ↗

초록

이 초록은 영어 원문에서 자동 번역되었습니다.

CLIP 같은 대규모 시각-언어 모델은 이미지와 텍스트를 공유 임베딩 공간에서 정렬함으로써 강력한 제로샷 분류 성능을 보여왔다. 그러나 CLIP 모델은 흔히 멀티모달 허위 편향, 즉 허위 특징에 의존하려는 바람직하지 않은 경향을 발전시킨다. 예컨대 CLIP은 물체의 핵심 특징이 아니라 빈번히 공존하는 배경에 따라 이미지 속 물체 유형을 추론할 수 있다. 이 편향은 그러한 교차 모달 연관이 더 이상 성립하지 않는 분포 외 데이터에서 사전학습된 CLIP 모델의 강건성을 크게 훼손한다. 기존의 멀티모달 허위 편향 완화 방법은 대개 하류 데이터에 대한 미세조정이나 편향에 대한 사전 지식을 요구하며, 이는 CLIP의 바로 사용 가능성을 저해한다. 본 논문은 먼저 제로샷 분류에서 멀티모달 허위 편향의 영향을 이론적으로 분석한다. 이 통찰에 기반해, 유도된 프롬프트 선택을 통해 허위 편향을 완화하는 간단하고 효과적인 방법인 Spuriousness-Aware Guided Exploration(SAGE)을 제안한다. SAGE는 학습, 미세조정, 외부 주석이 전혀 필요 없다. 프롬프트 템플릿 공간을 탐색하여 클래스 간 의미 분리를 최대로 유도하는 프롬프트를 선택함으로써 최악 그룹 강건성을 개선한다. 네 개의 실제 벤치마크 데이터셋과 다섯 개의 인기 백본 모델에 대한 광범위한 실험은 SAGE가 일관되게 제로샷 성능과 일반화를 향상시키며, 외부 지식이나 모델 업데이트 없이 기존 제로샷 접근을 능가함을 보여준다.

원문 초록 (영어)

Large vision-language models, such as CLIP, have shown strong zero-shot classification performance by aligning images and text in a shared embedding space. However, CLIP models often develop multimodal spurious biases, which is the undesirable tendency to rely on spurious features. For example, CLIP may infer object types in images based on frequently co-occurring backgrounds rather than the object's core features. This bias significantly impairs the robustness of pre-trained CLIP models on out-of-distribution data, where such cross-modal associations no longer hold. Existing methods for mitigating multimodal spurious bias typically require fine-tuning on downstream data or prior knowledge of the bias, which undermines the out-of-the-box usability of CLIP. In this paper, we first theoretically analyze the impact of multimodal spurious bias in zero-shot classification. Based on this insight, we propose Spuriousness-Aware Guided Exploration (SAGE), a simple and effective method that mitigates spurious bias through guided prompt selection. SAGE requires no training, fine-tuning, or external annotations. It explores a space of prompt templates and selects the prompts that induce the largest semantic separation between classes, thereby improving worst-group robustness. Extensive experiments on four real-world benchmark datasets and five popular backbone models demonstrate that SAGE consistently improves zero-shot performance and generalization, outperforming previous zero-shot approaches without any external knowledge or model updates.

이 논문의 기여

프롬프트 수준의 멀티모달 편향 방어: SAGE는 프롬프트의 '허위 인식' 정도를 추정하고, 유도된 프롬프트 변형을 탐색해 모델이 데이터셋 지름길이 아닌 진짜 시각 내용에 의존하게 만듭니다.

BibTeX

@inproceedings{ye2026sage,
  title     = {SAGE: Spuriousness-Aware Guided Prompt Exploration for Mitigating Multimodal Bias},
  author    = {Wenqian Ye and Di Wang and Guangtao Zheng and Bohan Liu and Aidong Zhang},
  booktitle = {AAAI Conference on Artificial Intelligence},
  year      = {2026},
  url       = {https://arxiv.org/abs/2511.13005}
}