Mantıken;
if kontrolü ile yapılışı:

<?php
if(is_category('kurtlar-vadisi')){
$resim = "kurtlarvadisi.jpg";
}
else if(is_category('kurtlar-vadisi-pusu')){
$resim = "kurtlarvadisipusu.jpg";
} else {
$resim = "varsayilan.jpg";
}
echo '<img src="'.$resim.'" />';
?>

şeklinde yapılabilir.
Diğer bir yolu da; (bana göre daha basit)

<?php
global $cat;
echo '<img src="http://siteadi.com/thumbs/'.$cat->ID.'.jpg" />';
?>

şeklinde kullanımdır. 2. kullanımda kategori id'si 5 ise, adres http://www.siteadi.com/thumbs/5.jpg olur. Sizde bütün resimleri thumbs klasörüne atarsınız, tabi id ismiyle