本发明公开了一种基于参考影像库的光学遥感影像地表反射率反演方法，包括以下步骤：S1.建立中分辨率地表反射率影像库，作为相对辐射校正的参考数据；S2.根据待处理的高分遥感影像的空间覆盖范围进行影像自动检索，得到中分辨率反射率影像库中对应区域的影像，并对检索结果进行裁剪；S3.对待处理高分遥感影像进行分辨率尺度转换；S4.对未变化的像元点进行提取；S5.利用步骤S4提取的未变化像元点和线性回归分析模型计算相对辐射校正系数；S6.将校正系数应用于原始分辨率的高分光学遥感影像，计算得地表反射率。本发明提供了一种基于参考影像库的光学遥感影像地表反射率反演方法，精度稳定、操作性强且能有效处理大范围及历史存档数据，实现了高分遥感影像地表反射率反演的工程化处理。