Это можно решить на уровне nginx c помощью try_files и X-Accel-Redirect, вообще без кеша.
Например, так:
location <локейшен с картинками>{
try_files $uri @resize;
}
location @resize {
proxy_pass http://<адрес ресайзера с параметрами>;
}
location /notexist.gif {
root /path/to/notexist/folder;
}
Тогда энджи сначала попытается найти файл (ресайзер должен его сохранить там перед отдачей), если не найдет - попробовать отресайзить (запустится ресайзер, который, напомню, должен сохранить картинку на диск перед отдачей), а если ресайзер не нашел исходную картинку - ему надо вернуть X-Aссel-Redirect заголовок с uri /notexist.gif
Подробнее про X-Accel можно почитать тут
wiki.nginx.org/X-accel
Использовать же для этого кеширование энджи - неправильный путь, ибо вы получите недетерминированный результат.