Ваш пример - это сохранение файла TIFF с плавающей запятой. Я подтвердил, изучив заголовок TIFF, отметив, что выборок на пиксель тег 0x153 имеет значение 3 (данные с плавающей запятой). Используя ваш пример:
import Image
from numpy import *
data = random.random((2, 2))
img1 = Image.fromarray(data)
img1.save('test.tiff')
img2 = Image.open('test.tiff')
f1 = list(img1.getdata())
f2 = list(img2.getdata())
print f1 == f2
print f1
Выход:
True
[0.27724304795265198, 0.12728925049304962, 0.4138914942741394, 0.57919681072235107]
Подробная информация о формате файла TIFF6
Обновлено : Пример изображения 64x64, просматриваемого на рабочем столе Mac: