针对现有光学加密方法进行彩色图像加密时加密容量低、解密图像失真度高等问题，提出一种基于压缩全息和空分复用的多彩色图像加密方法.在光学加密阶段，结合改进的Mach-Zehnder干涉仪与空分复用技术，通过不同的随机相位掩膜对多幅彩色图像进行同时加密，仅需单次曝光即可得到由多幅彩色图像加密的全息图.在解密过程中，由于记录全息图的过程可建模为压缩感知过程，使用两步迭代收缩/阈值算法即可求解.实验结果表明，提出的加密系统加密容量大，解密重建图像质量高，结合压缩感知理论，有效地消除了同轴全息中平方场项对解密重建性能的影响，解密图像平均峰值信噪比仅下降约2~5 dB；密钥安全性高，随机相位掩膜与传播距离均起到密钥的作用，在随机相位掩膜错误或传播距离仅偏移0.25%时，便无法解密出原始彩色图像；且对噪声与遮挡性攻击具有良好的鲁棒性，解密重建性能随噪声增大下降趋势缓慢，加密全息图80%信息受到遮挡性攻击时，仍可取得良好的解密重建结果.