Então,
é bem isso mesmo! Mas não obtive um bom sucesso. No IE não consegui fazer funcionar, no Firefox funciona mas ele limita a quantidade de caracteres que passo no xml e daí ele corta a imagem. Veja meus códigos:
document.getElementById("imagem").src = "data:image/jpg;base64,"+req.responseXML.getElementsByTagName("arquivo")[0].childNodes[0].nodeValue;
Eu testei a quantidade de caracteres que o Firefox permite o resultado foi 4096 caracteres, fiz o mesmo teste no IE e ele resultou 5030 caracteres (que é o tamanho da imagem que estou passando) acho então que o IE não limita a quantidade de caracteres no XML.
Você já conseguiu fazer funcionar isso bem no Firefox? e no IE quais foram suas observações?