Na minha opinião, não é uma boa usar o PHP para carregar imagens.
Se fizer assim, você estará fazendo com que o PHP tenha que processar todo o conteúdo de uma imagem para depois enviar uma resposta ao navegador.
Isso pode custar caro para o servidor em termos de processamento, já que o PHP precisa utilizar a memória para poder renderizar essa imagem.
Sem contar que o browser tem um mecanismo específico para caches de imagem. Talvez fazendo pelo PHP, você não possa usufruir dessa funcionalidade, já que na verdade é um script PHP que será processado, e não uma imagem.
A solução que costumo utilizar para casos onde eu preciso usar o PHP para processar imagens é: Processo a imagem uma vez, dando a ela o formato desejado, e salvo-a. Costumo convertê-las todas para o mesmo formato.
Creio que se você deseja melhorar a performance de suas imagens, você possa investir um tempo na criação de um sistema de thumbs. Utilizando imagens redimensionadas ou com tratamento adequado, você pode atingir uma performance desejada. Mas não creio que carregar sempre com um script PHP seja adequado. Agora, se fizer isso uma vez, criando uma imagem otimiza estática, acho que seria uma boa solução.