本发明提出一种基于层析成像的双向反射分布函数(BRDF)高精度测量方法与系统，属于双向反射分布函数测量技术领域，用于材料不同照明和探测角度的反射光谱分布测量。现有BRDF测量方法普遍受到探测光路通光口径大小的影响，高空间分辨率和高信号信噪比不可兼得。本发明采用层析成像与BRDF相结合的方式，使BRDF测量的空间分辨率不再依赖于通光孔径大小，同时获得高空间分辨率和高信号信噪比。具体测量时，将被测曲面划分为离散网格，利用光线追迹的方式计算探测信号与离散网格间的灵敏度矩阵，然后利用基于灵敏度矩阵的层析成像方法，实现具有离散网格相同分辨率的BRDF重建。该方法与系统实现了BRDF的完备测量，在材料光学参数测量方面具有广阔应用前景。