Googleは、XMLサイトマップに画像情報を登録できるようになったことをWebmaster Central Blogでアナウンスしました。
下は記述例です。
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<urlset xmlns="http://www.sitemaps.org/schemas/sitemap/0.9"
xmlns:image="http://www.google.com/schemas/sitemap-image/1.1">
<url>
<loc>http://example.com/sample.html</loc>
<image:image>
<image:loc>http://example.com/image.jpg</image:loc>
</image:image>
</url>
</urlset>特に難しいことはないですね。
記述が必須の画像URLの他に、キャプションやジオロケーション（場所）、タイトルを指定するオプションもあります。
ヘルプで確認できます（日本語はまだできていないようです）。
画像情報は通常のXMLサイトマップの中に一緒に含めることができるので、画像専用のサイトマップを別途作成する必要もありません。
Google AnalyticsではGoogle画像検索からのトラフィックを見ることができるようになっています。
画像検索からのトラフィックが多いサイトや、たくさんの画像を公開しているサイトを運用しているサイト管理者は利用してみるといいんじゃないでしょうか。