Обнаружил проблему на nginx 0.7.64 и 0.7.61. Мелкие картинки в формате .png бьются. При сравнивании исходной картинки с картинкой, отданной nginx'ом, обнаружил, что в некоторых местах nginx превращает 0A в 0D0A. Проблема обнаружена на CentOS, на gentoo и ubuntu все ок.