можно задать родителю картинки line-height равное height родителя, как один из вариантов, и кстати img если не ошибаюсь и так является inline-block элементом, не зачем в его стиле это повторять.
<!DOCTYPE html>
<style type = "text/css">
div {
text-align:center;
width: 500px;
height: 150px;
outline:1px solid red;
line-height: 150px;
}
div img{
vertical-align:middle;
}
</style>
<div>
<img src="http://javascript.ru/forum/images/ca_serenity/misc/logo.gif" />
</div>