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VLAarXiv:2610.39798

ブラックボックス視覚言語モデルの不確実性を代理ベイズ推定で定量化する視覚グラウンディング

Surrogate Uncertainty for Black-box Visual Grounding

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ブラックボックスVLMによる視覚的指示対象の特定に対し、外部の代理ベイズモデルでクエリごとの不確実性を推定し、較正とタスク性能を改善する手法を提案した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- ロボットが black-box の vision-language model (VLM) を用いて自由形式の自然言語指示を対象物体に grounding する際の不確実性問題を扱う研究 - VLM の出力自体から不確実性を導くのではなく、外部の surrogate Bayesian model で per-query の不確実性を定量化する枠組みを提案 - 不確実性を aleatoric と epistemic に分解し、conformal prediction や model-based planning と統合して active visual grounding に応用する

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来法は VLM 自身の出力から不確実性を導出するが、これは予測を生成するのと同じパラメータ・構造に由来しバイアスを継承する - 提案法は VLM 予測を observation として扱う形式的 Bayesian 定義を与え、外部の surrogate model で不確実性を推定することでこの問題を回避 - 複数ベンチマークと state-of-the-art VLMs で calibration とタスク性能の両方を一貫して改善

3. 技術・手法の肝は?

- VLM 予測を observation とみなす形式的 Bayesian 定義 - held-out calibration set の局所近傍で per-query 不確実性を推定する外部 surrogate Bayesian model - 不確実性を aleatoric と epistemic に分解 - 入力モダリティ横断の hierarchical retrieval により compact な joint-space neighborhood を実現し次元の呪いを緩和 - conformal prediction や model-based planning と統合し active visual grounding を実現

4. どうやって有効だと検証した?

- 複数の grounding benchmarks と state-of-the-art VLMs で calibration とタスク性能を評価 - 実機 Fetch robot 上で open-world instructions を用いて検証 - confident action と information gathering の原則的なトレードオフを実現し robustness を大幅改善

5. 議論はある?

- 提案法は calibration とタスク性能を改善するが、具体的な限界や失敗ケースは要旨からは不明 - surrogate model の calibration set 依存性や hierarchical retrieval の設計感度は要旨からは不明 - 実機実験は Fetch robot での結果であり、他プラットフォームへの一般化は要旨からは不明

6. 次に読むべき論文は?

- conformal prediction 関連研究 - model-based planning を用いた active visual grounding 研究 - Bayesian uncertainty decomposition (aleatoric/epistemic) の関連研究 - 比較対象となる state-of-the-art VLMs の各論文

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Hanbo Zhang, Tianrun Hu, Cedar Site Bai, Anxing Xiao, David Hsu

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Visual grounding is crucial for robots to understand language instructions with visual observations. This paper addresses the problem of visual grounding uncertainties, where a robot uses a black-box vision-language model (VLM) to ground free-form natural-language instructions to target objects. Prevailing methods derive uncertainty from the VLM itself. Yet, outputs of the VLM, e.g., generated uncertainties, are from the same parameters and structures producing the predictions, and inherit the bias. We give a formal Bayesian definition of the problem that treats the VLM prediction as an observation. An external surrogate Bayesian model then quantifies per-query uncertainty over a local neighborhood of a held-out calibration set, decomposed into aleatoric and epistemic components. A hierarchical retrieval across input modalities realizes a compact joint-space neighborhood, mitigating the curse of dimensionality. The estimator further integrates with conformal prediction or model-based planning for active visual grounding, where robots are allowed to take verbal or physical actions to ground targets. Across grounding benchmarks and state-of-the-art VLMs, it consistently improves both calibration and task performance. On a real Fetch robot under open-world instructions, it enables principled trade-offs between confident action and information gathering, substantially improving robustness.

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