Хотя нет, написал не разобравшись. На каждую картинку в логе два ответа - 301-й это как раз перенаправление из htaccess, а 200-й - выдача php-скрипта.

В общем я разобрался с проблемой, которая оказалась банальной до отчаяния ошибкой в php-коде - функция mkdir пыталась повторно создать папку, которая уже была создана при запросе первой картинки, в итоге сервер выдавал несколько warning'ов со всеми вытекающими последствиями.
Извините за беспокойство.