A ver.. no lo tomes a mal pero es muyyyyyyyyyyy amplia la respuesta. Todo esta en Google y en este foro.
Usar una webcam con Arduino IMPOSIBLE.
Un colega dijo que con YUN se puede hacer, lo de conectar el Arduino con una webcam. Yun es un hibrido ATMEL y ARM que corre LINUX.
Con el resto no puedes manejar una webcam, salvo un PCDuino 2 o 3, pero por lo que cuesta te compras 3 Raspberry y lo haces sin problemas.
Hay un Shield que se llama ArduCam que usa una campara SPI si mal recuerdo. Eso esta muy bien pensado.
Tambien hay una interfaz llamada Pixy cmuCAM que te hace todo el trabajo duro y solo te encargas de enviarle comandos y te devuelve la captura y con el arduin y un servo mueves a donde quieras.
Yo iría por este lado.