в категориях

Картинку для микроразметки надо прописывать, чтобы в сниппет выводилось. И естественно, не из кэшей её брать, чистая статика.
Кэш-то зачем в роботс блокировать?
Ну и потом, все эти фокусы с полномасштабными картинками под разное разрешение - это пока не очень работает вообще, а если не работает - то минусов у реализации намного больше, чем возможных плюсов.
Вообще если брать Гугл, то чем меньше запретов на сканирование - тем лучше, если, конечно, индексирование толком настроено.

1. Да, я и хотел в <img> запихнуть дополнительно ссылку на полномасштабную картинку (помимо кэшированной) и ее разметить. Но в категории будут кэшированные маленькие отображаться. Я так понял - решение так себе

2. А если открыть - полезут миниатюрные картинки в индекс. Зачем они нужны в индексе - если есть полномасштабные в sitemap.xml

3. И если рассмотреть вариант, что - открыть кэшированные картинки (как вы пишите), есть ли варианты в  <img> - показать и оригинальную полномасштабную и ее может и разметить?

Ну, тут лучше посмотреть на уже существующие решения - по тем сайтам, у кого картинка отображается нормально, притом на разных устройствах, и повторить. Как минимум, для микроразметки я обычно использую одно изображение, без вариантов по размерам - и заходит стандартно хорошо. Другое дело, что должна быть возможность микроразметку нормально заполнить (хоть шаблоном, хоть вручную).
Не думаю, что Гугл ломанётся крохотные картинки индексировать и в выдачу пулять, было такое - но годы назад. Сейчас индексирует очень придирчиво.

То есть впилить полномасштабные изображения в категории и задать фиксированные размеры? (Полномасштабные картинки на сайте, относительно, не сильно большие 800*800) На скорость загрузки страниц не влияет сильно?