vision-language-models autonomous-driving beam-search gaussian-process interpretable-ai spatial-grounding failure-modes thompson-sampling
Abstract
Vision-Language Models (VLMs) are increasingly used in safety-critical applications because of their broad reasoning capabilities and ability to generalize with minimal task-specific engineering. Despite these advantages, they can exhibit catastrophic failures in specific real-world situations, constituting failure modes.
We introduce REVELIO, a framework for systematically uncovering interpretable failure modes in VLMs. We define a failure mode as a composition of interpretable, domain-relevant concepts-such as pedestrian proximity or adverse weather conditions-under which a target VLM consistently behaves incorrectly. Identifying such failures requires searching over an exponentially large discrete combinatorial space. To address this challenge, REVELIO combines two search procedures: a diversity-aware beam search that efficiently maps the failure landscape, and a Gaussian-process Thompson Sampling strategy that enables broader exploration of complex failure modes.
We apply REVELIO to autonomous driving and indoor robotics domains, uncovering previously unreported vulnerabilities in state-of-the-art VLMs. In driving environments, the models often demonstrate weak spatial grounding and fail to account for major obstructions, leading to recommendations that would result in simulated crashes. In indoor robotics tasks, VLMs either miss safety hazards or behave excessively conservatively, producing false alarms and reducing operational efficiency. By identifying structured and interpretable failure modes, REVELIO offers actionable insights that can support targeted VLM safety improvements.
한국어 요약
📋 한 줄 요약
**[VLM 안전성 · 해석가능성]** 자율 주행·실내 로보틱스 등 안전 중요 도메인에서 VLM의 해석 가능한 실패 모드를 체계적으로 탐색하는 프레임워크 REVELIO를 제안한다.
🎯 핵심 기여도
- 실패 모드를 "해석 가능한 도메인 관련 개념의 조합"으로 정의해 탐색 가능한 형식화 제공
- 지수적으로 큰 이산 조합 공간을 효율적으로 탐색하기 위한 두 가지 절차 결합
- 자율 주행과 실내 로보틱스에서 SOTA VLM의 미보고된 취약점 발굴
- 표적화된 VLM 안전 개선을 위한 실행 가능한 인사이트 제공
💡 핵심 아이디어
"VLM이 언제 실패하는가"를 단일 입력 단위로 묻는 대신, 보행자 근접·악천후 같은 개념들의 조합이라는 해석 가능한 구조 위에서 실패 풍경(failure landscape)을 매핑한다.
🔬 기술적 접근법
- **모델/방법론**: 개념 조합 공간 위에서 동작하는 탐색 프레임워크 REVELIO
- **핵심 기법**: 다양성 인식 빔 서치(failure landscape 매핑) + Gaussian-process Thompson Sampling(복잡한 실패 모드의 넓은 탐색)
📊 주요 결과
- 자율 주행 환경에서 모델이 약한 공간 그라운딩과 주요 시야 가림 무시 → 시뮬레이션 충돌로 이어지는 추천 생성
- 실내 로보틱스 작업에서 모델이 안전 위험을 놓치거나 과도하게 보수적으로 행동 → 오경보와 효율 저하
- 두 도메인 모두에서 기존에 보고되지 않은 구조적·해석 가능한 실패 모드 발견
💭 의의 및 한계
**의의**: VLM의 실패를 입력 단위 일화가 아니라 도메인 개념 조합 단위의 구조로 진단해 안전 개선 방향을 구체화한다. **한계**: 해석 가능 개념의 사전 정의가 필요하며 평가 도메인이 자율 주행과 실내 로보틱스에 한정된다.
🚀 실용적 활용
- 자율 주행 VLM 출시 전 안전 회귀 테스트
- 실내 서비스 로봇의 위험 인식·과민 반응 진단
- 안전 중요 응용에서 VLM 미세 조정·정렬 데이터 우선순위 설정