da gibts so ein PHP Script. [...] Dabei wird z.B. header ("Content-type: image/png"); gesetzt. Das Bild wird ausgegeben und auch richtig angezeigt.
Im Firefox kann man Bilder speichern in dem man sie von der Webseite und in ein Verzeichnis zieht. Also per Drag & Drop.
Wenn ich das jetzt mit meinem Bild was über php läuft mache, dann bekomme ich eine Datei mit 0 KB. Das würde auch erklären wieso das Bild nicht gecachet wird.

Vergleiche die Header(z.B. via Firefox Plugin HttpFox) der statischen Version mit der dynamischen.