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.
Considérant en droit:
1. Il convient d'examiner en premier lieu si le recourant est habilité à recourir.
1.1 A qualité pour former un recours en matière pénale, quiconque a pris part à la procédure devant l'autorité précédente ou a été privé de la possibilité de le faire et a un intérêt juridique à l'annulation ou à la modification de la décision attaquée (art. 81 al. 1 let. a et b LTF).
Le recourant a indiscutablement participé à la procédure devant l'autorité précédente. Il n'est manifestement pas intervenu comme accusateur privé au sens de l'art. 81 al. 1 let. b ch. 4 LTF. L'infraction d'abus d'autorité se poursuit d'office et il n'invoque pas d'atteinte à son droit de plainte en relation avec l'infraction de lésions corporelles simples, de sorte que l'art. 81 al. 1 let. b ch. 6 LTF n'entre pas en considération. Comme il l'admet, il ne peut élever de prétentions civiles à l'encontre des intimés, dès lors que, dans le canton de Vaud, l'Etat assume une responsabilité exclusive pour le dommage que ses agents causent à des tiers de manière illicite (cf. 4 et 5 de la loi vaudoise sur la responsabilité de l'Etat, des communes et de leurs agents; LRECA; RSV 170.11), ni, partant, ne peut fonder sa qualité pour recourir sur l'art. 81 al. 1 let. b ch. 5 LTF (cf. arrêts 6B_274/2009 consid. 3.1.1, 6B_480/2007 consid. 1.2 et les références citées; ATF 128 IV 188 consid. 2.2 p. 191). Enfin, il ne se plaint d'aucune violation, équivalant à un déni de justice formel, d'un droit procédural qui lui est reconnu en tant que partie par le droit cantonal ou qui découle directement du droit constitutionnel et ne remplit donc pas les conditions auxquelles un simple lésé est habilité à recourir contre une décision de non-lieu (cf. arrêts 6B_274/2009 consid. 3.1.1, 6B_540/2009 consid. 1.7.2; ATF 133 IV 228 consid. 2 p. 229 ss).
Il découle de ce qui précède que le recourant n'a pas qualité pour recourir sur la base de l'art. 81 al. 1 LTF.
1.2 Selon la jurisprudence, la partie plaignante qui se prétend victime de traitements prohibés par l'art. 3 CEDH, respectivement par les art. 10 al. 3 Cst., 7 du Pacte ONU II et 16 par. 1 de la Convention du 10 décembre 1984 contre la torture et autres peines ou traitements cruels, inhumains ou dégradants (RS 0.105), a qualité pour recourir au Tribunal fédéral contre le non-lieu prononcé en faveur des prétendus responsables (cf. arrêt 6B_274/2009 consid. 3.1.2 et les références citées).
Sur le vu de cette jurisprudence et des faits allégués par le recourant, dont il a été admis dans l'arrêt 6B_362/2009 déjà rendu dans la présente cause que, s'ils devaient être établis, ils pourraient être constitutifs d'un traitement dégradant au sens de l'art. 3 CEDH (cf. arrêt 6B_362/2009 consid. 1.3), celui-ci doit se voir reconnaître la qualité pour contester le bien-fondé du non-lieu prononcé en faveur des intimés. Il y a donc lieu d'examiner ses moyens.
2. Le recourant invoque une violation de l'art. 312 CP, dont il soutient que les conditions sont réalisées.
2.1 Sur le plan objectif, l'infraction réprimée par cette disposition suppose que l'auteur soit un membre d'une autorité ou un fonctionnaire au sens de l'art. 110 al. 3 CP, qu'il ait agi dans l'accomplissement de sa tâche officielle et qu'il ait abusé des pouvoirs inhérents à cette tâche. Cette dernière condition est réalisée lorsque l'auteur exerce de manière illicite le pouvoir qu'il détient en vertu de sa charge, en décidant ou contraignant alors qu'il n'est pas autorisé à le faire, mais aussi lorsque, bien qu'en agissant licitement, il utilise des moyens excessifs (ATF 127 IV 209 consid. 1a/aa p. 211 et 1b p. 212 ss; 114 IV 41 consid. 2 p. 42; 113 IV 29 consid. 1 p. 30). Du point de vue subjectif, l'infraction suppose un comportement intentionnel, au moins sous la forme du dol éventuel, ainsi qu'un dessein spécial, qui peut se présenter sous deux formes alternatives, soit le dessein de se procurer ou de procurer à un tiers un avantage illicite ou le dessein de nuire à autrui.
2.2 Selon les constatations de fait cantonales, l'interpellation du recourant est intervenue dans le contexte d'une opération d'envergure (opération BLUR), mise sur pied par la police suite à une demande de la municipalité, visant à rétablir l'ordre en ville et à appréhender des dealers africains se livrant à un trafic de cocaïne. Le jour en question, les policiers amenés à intervenir avaient reçu de leur hiérarchie des consignes strictes quant au déroulement de l'opération, aux personnes cibles et à la manière de procéder. Il leur avait notamment été précisé que, s'agissant d'appréhender des vendeurs de boulettes de cocaïne, ils devaient prendre la personne suspectée par surprise, la mettre au sol et lui passer les menottes, afin d'éviter, d'une part, qu'elle ingère des boulettes et, d'autre part, qu'elle éteigne son téléphone portable. Une fois arrivés au Centre d'intervention, les policiers avaient une procédure à suivre, dont les différentes étapes étaient détaillées dans un document. Les policiers devaient notamment procéder à une fouille et établir un inventaire des biens trouvés sur le suspect. Si ce dernier paraissait entrer dans le cercle des personnes recherchées, le processus enclenché devait être mené à son terme, quand bien même la personne interpellée n'était pas en possession de drogue et était de nationalité suisse.
Toujours selon les constatations de fait cantonales, le recourant a été interpellé alors qu'il passait hâtivement sur les lieux de l'opération pour aller rejoindre son épouse à son travail, suite à un appel de cette dernière. Saisi par les policiers intimés, il a été plaqué au sol et menotté. Après avoir vérifié son identité, certains policiers ont émis des doutes sur le bien-fondé des soupçons pesant sur lui. Ce nonobstant, les policiers ont voulu s'assurer qu'il n'était pas porteur de drogue. Le recourant a dès lors été conduit au Centre d'intervention d'Yverdon, où il a été soumis à une fouille complète. Cette dernière s'étant révélée négative, les intimés ont entrepris des démarches auprès de leurs supérieurs pour que le recourant soit relâché, ce qui a été le cas, dès que la sécurité de l'opération n'était plus compromise. Le recourant a été ainsi reconduit à son domicile vers 20 heures 30.
2.3 Le recourant ne démontre pas, conformément aux exigences de motivation de l'art. 106 al. 2 LTF (cf. ATF 133 IV 286 consid. 1.4 p. 287) que les faits ainsi retenus l'auraient été de façon manifestement inexacte, c'est-à-dire arbitraire (sur cette notion, cf. ATF 135 V 2 consid. 1.3 p. 4/5; 134 I 140 consid. 5.4 p. 148 et les arrêts cités), ou en violation du droit au sens de l'art. 95 LTF. Il ne le prétend même pas. Subséquemment, c'est sur la base de ceux-ci, dont il n'est pas recevable à s'écarter, que doit être examiné le grief soulevé (cf. art. 105 al. 1 LTF; art. 97 al. 1 LTF). Or, fondée sur ces faits, la réalisation de l'infraction litigieuse a été niée sans violation du droit fédéral.
En appréhendant le recourant ainsi qu'ils l'ont fait, soit en le saisissant, le plaquant au sol et le menottant, sans vérifier préalablement son identité, les intimés se sont conformés aux ordres qu'ils avaient reçus et ont donc agi licitement au sens de l'art. 14 CP. Dans la mesure où les premières vérifications effectuées laissaient subsister un soupçon, même relativement faible, quant à l'éventualité que le recourant soit porteur de drogue, il était non moins conforme aux consignes reçues et, partant, licite, de soumettre ce dernier à une fouille complète. Les intimés ne peuvent non plus se voir reprocher d'avoir eu recours à des moyens disproportionnés. Il n'était notamment pas excessif de décider de soumettre le recourant à une fouille complète aux fins de lever le soupçon qui subsistait, après vérification de son identité, quant au fait qu'il pouvait être porteur de drogue. Il n'est au demeurant aucunement établi que les intimés auraient agi dans l'intention, fût-ce sous la forme du dol éventuel, de soumettre le recourant à des investigations supplémentaires manifestement superflues. Dès qu'ils ont été convaincus de la non implication du recourant, ils ont d'ailleurs entrepris des démarches auprès de leurs supérieurs afin que celui-ci puisse être libéré.
Le recourant n'avance pas d'argumentation recevable qui soit propre à faire admettre la réalisation de l'infraction litigieuse. Il ne peut sérieusement contester que les intimés ont agi de manière licite. Dans la mesure où, pour tenter de faire admettre un recours à des moyens excessifs, il entreprend de rediscuter l'appréciation des preuves, notamment les déclarations de policiers, sa critique est irrecevable, faute d'une quelconque démonstration d'arbitraire quant à cette appréciation. Par ailleurs, le recourant ne saurait à l'évidence se plaindre, au stade actuel de la procédure, de la non inculpation d'un policier autre que les intimés.
2.4 Sur le vu de ce qui précède, le moyen doit être rejeté, autant qu'il est recevable.
3. Le recourant invoque également une violation de l'art. 123 CP, "compte tenu des lésions consécutives aux événements".
3.1 En instance cantonale, le recourant n'a pas contesté le non-lieu prononcé en faveur des intimés sur le chef d'inculpation de lésions corporelles, alternativement de voies de fait. Aussi l'autorité cantonale, après avoir constaté que cette question n'était plus litigieuse, s'est-elle limitée à observer, à titre subsidiaire, que les lésions dont s'était plaint le recourant étaient d'ailleurs consécutives à sa chute lors de son interpellation et que les intimés avaient au demeurant agi de manière licite et proportionnée.
3.2 Le recourant ne conteste pas ce raisonnement, mais argue d'une atteinte à sa santé psychique, à raison du traumatisme psychologique consécutif à son interpellation.
Selon la jurisprudence, une telle atteinte peut suffire à la réalisation de l'infraction réprimée par l'art. 123 CP, qui protège non seulement l'intégrité corporelle et la santé physique, mais aussi la santé psychique, à la condition qu'elle soit d'une certaine importance, ce qui doit être déterminé en tenant compte du genre et de l'intensité de l'atteinte ainsi que de son impact sur le psychisme de la victime (ATF 134 IV 189 consid. 1.4 p. 192).
En l'occurrence, même en admettant que l'atteinte psychologique invoquée par le recourant soit d'une importance suffisante au regard de cette jurisprudence, encore faudrait-il qu'elle soit imputable à un comportement illicite ou disproportionné des intimés (cf. arrêt 6B_274/2009 consid. 3.2.2.2 in fine) et, au demeurant, que ce comportement ait été intentionnel. Or, ces conditions, ainsi qu'on l'a vu, ne sont pas réalisées. Le grief doit dès lors être écarté.
4. Le recours doit ainsi être rejeté dans la mesure où il est recevable. Comme ses conclusions étaient vouées à l'échec, l'assistance judiciaire ne peut être accordée (cf. art. 64 al. 1 LTF). Le recourant, qui succombe, devra donc supporter les frais (art. 66 al. 1 LTF), dont le montant sera toutefois arrêté en tenant compte de sa situation financière.
Il n'y a pas lieu d'allouer des dépens aux intimés, qui n'ont pas été amenés à se déterminer sur le recours.
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté dans la mesure où il est recevable.
2. La requête d'assistance judiciaire est rejetée.
3. Les frais judiciaires, arrêtés à 800 fr., sont mis à la charge du recourant.
4. Le présent arrêt est communiqué aux parties et au Tribunal d'accusation du Tribunal cantonal du canton de Vaud.
Lausanne, le 21 octobre 2010
Au nom de la Cour de droit pénal
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: La Greffière:
Favre Angéloz