Faits: A. Le 30 juin 2007, X._, originaire de la République dominicaine, a déposé plainte pénale, suite à son interpellation le 27 juin précédent vers 17 heures 30 à Yverdon, par trois policiers en civil, lors de laquelle il avait été plaqué au sol, menotté, conduit au centre d'intervention et soumis à une fouille complète. Il exposait avoir été traité de manière humiliante et dégradante et ne s'expliquer l'intervention et la brutalité dont il avait fait l'objet qu'en raison de la couleur de sa peau. Par ordonnance du 18 novembre 2008, le juge d'instruction en charge du dossier, se fondant uniquement sur un rapport établi par la police le 30 juin 2007, a prononcé un non-lieu. Saisi d'un recours de X._, le Tribunal d'accusation du canton de Vaud l'a rejeté le 6 février 2009. Par arrêt 6B_362/2009 du 13 juillet 2009, le Tribunal fédéral, constatant l'omission de procéder à une enquête officielle approfondie et effective sur l'allégation défendable d'un traitement dégradant au sens de l'art. 3 CEDH, a admis le recours formé par X._, annulé le non-lieu prononcé et renvoyé la cause à l'autorité cantonale pour complément d'instruction conforme aux exigences de cette disposition. B. Suite à ce renvoi, le juge d'instruction cantonal a instruit une enquête contre les trois policiers mis en cause, soit C._, B._ et A._, pour lésions corporelles simples (art. 123 CP), alternativement voies de fait (art. 126 CP), discrimination raciale (art. 261bis CP) et abus d'autorité (art. 312 CP). Au terme de celle-ci, il a prononcé, le 29 mars 2010, un non-lieu en faveur des susnommés. En bref, il a estimé qu'aucune des infractions considérées n'était réalisée. Par arrêt du 20 mai 2010, le Tribunal d'accusation vaudois a écarté le recours interjeté par X._ contre cette décision, qu'il a confirmée. C. X._ forme un recours en matière pénale au Tribunal fédéral, pour violation des art. 312 et 123 CP. Il conclut à l'annulation de l'arrêt attaqué et au renvoi de la cause à l'autorité cantonale pour nouvelle décision, en sollicitant l'assistance judiciaire. Des déterminations n'ont pas été requises.