Sistema de Seguimiento Facial en Tiempo Real con Arduino y OpenCV

Componentes y suministros

Aplicaciones y servicios online

• Python 2.7 (o 3.x con ajustes)
• OpenCV (cv2)
• pyserial
• numpy
• Haarcascade frontal face (XML incluido)

Sobre el proyecto

En tutoriales previos vimos comunicación Arduino-Python con pyserial y detección de color con OpenCV. Ahora integramos detección facial Haar Cascade para mover una cámara montada en pan-tilt y que siga tu rostro.

Requisitos mínimos: conocimientos básicos de Arduino y Python.

Paso 1: Hardware necesario

• Arduino UNO (u otra placa)
• Webcam USB
• 2 micro servos + kit pan-tilt (o imprimir en 3D)
• Protoboard

Paso 2: Entorno Python

1. Instala Python 2.7.14 (verificar con python en CMD o IDLE).
2. Configura variable de entorno PATH si falla.
3. Instala módulos: pip install pyserial opencv-python numpy
4. Descarga haarcascade_frontalface_default.xml y ponlo en la carpeta del proyecto.

Paso 3: Script Python (face.py)

import numpy as np
import serial, time, sys, cv2

# Puerto serie Arduino (cambia 'COM5' al tuyo)
arduino = serial.Serial('COM5', 9600)
time.sleep(2)
print("Conectado a Arduino...")

# Clasificador Haar
face_cascade = cv2.CascadeClassifier('haarcascade_frontalface_default.xml')

# Captura vídeo
cap = cv2.VideoCapture(0)

while True:
    ret, img = cap.read()
    cv2.resizeWindow('img', 500, 500)
    
    # Cruces de referencia en centro (250,250)
    cv2.line(img, (500,250), (0,250), (0,255,0), 1)
    cv2.line(img, (250,0), (250,500), (0,255,0), 1)
    cv2.circle(img, (250,250), 5, (255,255,255), -1)
    
    gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
    faces = face_cascade.detectMultiScale(gray, 1.3)
    
    for (x, y, w, h) in faces:
        cv2.rectangle(img, (x,y), (x+w,y+h), (0,255,0), 5)
        roi_gray = gray[y:y+h, x:x+w]
        roi_color = img[y:y+h, x:x+w]
        
        # Centro del rectángulo
        xx = int(x + (x + w)) // 2
        yy = int(y + (y + h)) // 2
        center = (xx, yy)
        print("Centro:", center)
        
        # Enviar a Arduino: formato "X{xx}Y{yy}Z"
        data = "X{0:d}Y{1:d}Z".format(xx, yy)
        print("Output:", data)
        arduino.write(data.encode())
    
    cv2.imshow('img', img)
    if cv2.waitKey(30) & 0xFF == 27:  # ESC para salir
        break

cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

Paso 4: Código Arduino (servo.ino)

#include <Servo.h>

Servo servoVer;  // Vertical (pin 5)
Servo servoHor;  // Horizontal (pin 6)

int x, y, prevX, prevY;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  servoVer.attach(5);
  servoHor.attach(6);
  servoVer.write(90);  // Centro
  servoHor.write(90);
}

void updatePosition() {
  if (prevX != x || prevY != y) {
    // Mapear coordenadas imagen (0-600, 0-450) a ángulos servo
    int servoX = map(x, 600, 0, 70, 179);   // Invertido horizontal
    int servoY = map(y, 450, 0, 179, 95);   // Rango vertical limitado
    
    servoX = constrain(servoX, 70, 179);
    servoY = constrain(servoY, 95, 179);
    
    servoHor.write(servoX);
    servoVer.write(servoY);
    
    prevX = x; prevY = y;
  }
}

void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {
    if (Serial.read() == 'X') {
      x = Serial.parseInt();
      if (Serial.read() == 'Y') {
        y = Serial.parseInt();
        updatePosition();
      }
    }
    // Limpiar buffer
    while (Serial.available() > 0) Serial.read();
  }
}

Paso 5: Mecanismo Pan-Tilt

Kit comercial barato y fácil de montar. Instrucciones en el enlace del proyecto original.

Paso 6: Conexiones

• Servo vertical → Pin 5
• Servo horizontal → Pin 6
• VCC servos → 5V (fuente externa si consumen mucho)
• GND → GND común

Ver diagrama de circuito adjunto.

Paso 7: Pruebas

1. Sube sketch a Arduino, cierra IDE (libera puerto COM).
2. Ejecuta face.py con Python IDLE (F5).
3. Ventana OpenCV muestra vídeo con detección facial.
4. Los servos mueven la cámara siguiendo tu rostro.
5. Monta la webcam en el pan-tilt para que se mueva con los servos.

Archivos adjuntos

• haarcascade_frontalface_default.xml - Clasificador Haar
• face.py - Script Python completo
• servo.ino - Sketch Arduino