Perception Before Reasoning: Dynamic Latent Reasoning for Video Understanding and Question Answering

TL;DR

DyLaR通过动态潜在推理提升视频问答准确率至58.2%,每个查询生成少于20个词。

cs.CV 🔴 高级 2026-08-05 30 次浏览
Haotian Xia Zilin Xiao Junbo Zou Vicente Ordonez Hanjie Chen
视频理解 问答系统 动态推理 潜在表示 强化学习

核心发现

方法论

DyLaR方法通过感知潜在表示和推理潜在表示的动态组合,首先在视频中定位与问题相关的视觉证据,然后根据需要进行推理。该方法结合了强化学习和自监督学习,确保模型在推理过程中只在必要时使用额外的推理潜在表示。

关键结果

  • DyLaR在Qwen3-VL-4B上将平均准确率从54.0%提升至58.2%,同时将每个查询的平均生成词数从1,220.7减少到18.5。
  • 在九个视频基准测试中,DyLaR在四个多模态语言模型骨干上均表现出色,超过了相同骨干的基线模型。
  • 消融实验显示,感知潜在表示、推理潜在表示的监督以及自适应路由各自对准确率的提升均有贡献。

研究意义

DyLaR方法在视频问答领域具有重要意义,解决了现有方法中推理过程冗长的问题。通过减少生成的词数,DyLaR不仅提高了效率,还在一定程度上提高了准确率。这一方法为多模态大语言模型在视频理解中的应用提供了新的思路,尤其是在需要动态推理的场景中。

技术贡献

DyLaR在技术上提供了新的潜在推理框架,将感知和推理过程分离,并通过强化学习动态决定是否需要额外的推理步骤。这种方法不同于传统的显式推理链,减少了计算开销,同时保持了高准确率。

新颖性

DyLaR首次将动态潜在推理应用于视频问答,区别于传统的显式推理链方法。其创新之处在于通过潜在表示的动态组合来优化推理过程,显著减少了生成的词数。

局限性

  • DyLaR在处理需要复杂推理的问题时可能表现不佳,因为其推理潜在表示的长度是固定的。
  • 该方法依赖于训练数据的质量和多样性,可能在数据不足的情况下表现不稳定。

未来方向

未来的研究可以探索DyLaR在其他多模态任务中的应用,如图像问答和语音理解。此外,可以研究如何进一步优化推理潜在表示的生成过程,以提高复杂推理问题的处理能力。

AI 总览摘要

视频问答系统需要在视觉证据中定位语言查询,并在必要时进行跨时间推理。现有方法通常依赖于冗长的文本推理链,而DyLaR通过动态潜在推理解决了这一问题。DyLaR首先在视频中定位与问题相关的视觉证据,然后根据需要决定是否添加推理潜在表示。实验结果显示,DyLaR在多个基准测试中提高了准确率,同时显著减少了生成的词数。这一方法在视频理解领域具有重要意义,尤其是在需要动态推理的场景中。尽管DyLaR在处理复杂推理问题时存在一定局限,但其创新的潜在推理框架为未来的研究提供了新的方向。

深度分析

研究背景

视频问答是多模态大语言模型的重要应用之一。随着视频内容的日益增长,如何有效地从中提取信息并回答问题成为研究热点。现有方法多依赖于显式推理链,但这通常导致计算开销大且效率低下。

核心问题

视频问答的核心问题在于如何在视觉证据中定位语言查询,并在必要时进行推理。传统方法的显式推理链虽然提高了准确率,但生成的词数过多,影响了效率。

核心创新

DyLaR的核心创新在于其动态潜在推理框架。通过感知潜在表示和推理潜在表示的动态组合,DyLaR能够在不增加计算开销的情况下提高准确率。这一方法通过强化学习动态决定是否需要额外的推理步骤。

方法详解

  • �� DyLaR首先生成感知潜在表示,用于定位与问题相关的视觉证据。

  • �� 然后,模型根据需要决定是否添加推理潜在表示。

  • �� 通过强化学习,DyLaR优化了推理过程的动态决策。

实验设计

实验在九个视频基准测试上进行,包括Video-MME、LVBench等。使用Qwen3-VL-4B和Qwen2.5-VL-7B等多模态语言模型作为骨干。实验评估了DyLaR在不同数据集上的准确率和生成词数。

结果分析

DyLaR在Qwen3-VL-4B上将平均准确率从54.0%提升至58.2%,同时将每个查询的平均生成词数从1,220.7减少到18.5。消融实验显示,感知潜在表示、推理潜在表示的监督以及自适应路由各自对准确率的提升均有贡献。

应用场景

DyLaR可用于需要动态推理的视频问答系统,如自动驾驶中的场景分析和智能监控中的事件检测。其高效的推理过程使其在实时应用中具有优势。

局限与展望

DyLaR在处理需要复杂推理的问题时可能表现不佳,因为其推理潜在表示的长度是固定的。此外,该方法依赖于训练数据的质量和多样性,可能在数据不足的情况下表现不稳定。

通俗解读 非专业人士也能看懂

想象你在厨房做饭。你需要先找到所有需要的食材(感知潜在表示),然后决定是否需要额外的步骤来完成菜肴(推理潜在表示)。如果你已经有了所有的食材,那么你可以直接开始做饭;但如果你需要更多的步骤,比如调味或装饰,那么你需要在开始做饭前进行额外的准备。DyLaR就像一个聪明的厨师,能够根据需要动态调整步骤,确保每道菜都能快速高效地完成。

简单解释 像给14岁少年讲一样

嘿,小伙伴!想象你在玩一个视频游戏,需要回答问题才能过关。DyLaR就像你的超级助手,能帮你快速找到游戏中的线索(感知潜在表示),然后决定是否需要更多的推理来解答问题(推理潜在表示)。这样,你就能更快地过关,而不用浪费时间在不必要的步骤上。是不是很酷?

术语表

Dynamic Latent Reasoning (动态潜在推理)

一种通过感知和推理潜在表示动态组合来优化推理过程的方法。

用于视频问答中,决定是否需要额外的推理步骤。

Perception Latents (感知潜在表示)

用于定位与问题相关的视觉证据的连续隐藏状态。

在DyLaR中用于初步定位视觉证据。

Reasoning Latents (推理潜在表示)

在潜在空间中对视觉证据进行推理的连续思想。

在DyLaR中用于进一步推理。

Reinforcement Learning (强化学习)

一种通过奖励信号优化决策过程的机器学习方法。

在DyLaR中用于优化推理过程的动态决策。

Chain-of-Thought (推理链)

一种通过逐步描述推理过程来提高模型准确率的方法。

传统视频问答方法中常用的推理方式。

开放问题 这项研究留下的未解疑问

  • 1 如何在不增加计算开销的情况下进一步提高复杂推理问题的处理能力?
  • 2 DyLaR在其他多模态任务中的应用潜力如何?
  • 3 如何优化DyLaR的训练数据以提高其在不同场景下的表现?

应用场景

近期应用

智能监控

DyLaR可用于实时分析监控视频,快速识别异常事件并做出响应。

自动驾驶

在自动驾驶中,DyLaR可用于动态分析道路场景,提高决策效率。

远期愿景

多模态人机交互

DyLaR可用于开发更智能的多模态人机交互系统,提供更自然的用户体验。

原文摘要

Video question answering requires models to ground language queries in visual evidence and, when necessary, reason over that evidence across time. Existing methods typically rely on long textual chain-of-thought rationales, even though many questions can be answered as soon as the relevant object, action, or frame is localized. We propose Dynamic Latent Reasoning (DyLaR), which first grounds a question in a short block of perception latents (continuous hidden states that encode query-relevant visual evidence), and then adaptively decides whether to append reasoning latents (continuous thoughts that reason over this evidence in latent space) before answering. DyLaR learns this behavior by grounding perception latents in verified visual evidence and distilling verified rationales into reasoning latents, followed by reinforcement learning that further refines when to reason. Across nine video benchmarks and four multimodal language model backbones, DyLaR improves average accuracy over same-backbone baselines while generating fewer than 20 tokens per query. On Qwen3-VL-4B, for example, DyLaR improves average accuracy over Qwen3-VL-4B-Thinking from 54.0 to 58.2 while reducing response length from 1,220.7 to 18.5 tokens per query. Ablations further show that grounded perception latents, rationale-supervised reasoning latents, and adaptive routing each improve accuracy.

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