En principio podría ser un problema sobre el tamaño que ocupa tu imagen en memoria para procesarla .. aunque en este caso deberías obtener un bonito mensaje de error referente a eso mismo. Tal vez se esté originando pero no lo ves. PHP por lo menos asigna un tamaño máximo de bytes para ejecutar un script, también un tiempo máximo de ejecución del mismo.
Recomendaciones:
* Haz tus pruebas llamando a ese código en forma individual, (no por un tag de imagen <img src="ese script.php"> desde otro sitio como es lo normal para su uso.
* Comenta/elimina por el momento en tus pruebas las líneas referentes a header()
* Usa al principio de tu script error_reporting() ajustado al máximo nivel de errores de PHP (para verlos si los hay).
Como veras . .el objetivo que pretendemos con estas pruebas es ver algún mensaje de error. Según sea este el mensaje de error así podremos actuar en consecuencia.
Un saludo,