確かにこれは古い質問ですが、それでも検索に表示されるため、回答を更新したいと考えています。
現在、Chrome23とFirefoxNightly 21.0a1では、このレイアウトは、画像を親divのサイズに保ち、サイズを変更するように機能します(中央に配置することもできます)。
http://jsfiddle.net/qAErr/
HTML
<section id="holdMe">
<div>
<img src="http://www.w3.org/html/logo/downloads/HTML5_Logo_512.png" alt="html5"/>
</div>
</section>
CSS
#holdMe {
display: -webkit-flex;
display: -moz-flex;
display: -ms-flex;
display: -o-flex;
display: flex;
-webkit-justify-content: center;
-moz-justify-content: center;
-ms-justify-content: center;
-o-justify-content: center;
justify-content: center;
}
#holdMe img {
width: 100%;
}